我国学者在粮食作物抗独角金寄生遗传育种领域取得重要新进展

图 独脚金内酯转运蛋白SbSLT1和SbSLT2介导独脚金寄生

　　在国家自然科学基金项目（批准号：32430077、32222010、U1906204）等资助下，中国科学院遗传与发育生物学研究所与先正达集团玉米等作物种质创新及分子育种全国重点实验室谢旗团队、中国农业大学于菲菲团队和崖州湾国家实验室李家洋团队等合作，首次从高粱中发现两个独脚金内酯（SLs）外排转运蛋白SbSLT1和SbSLT2，并揭示了二者与高粱独脚金抗性的关系。研究成果以“Resistance to Striga parasitism through reduction ofstrigolactone exudation”（通过减少独脚金内酯分泌来提高作物对独脚金寄生的抗性）为题，于2025年2月12日在线发表于《细胞》（Cell）。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.022。

　　寄生植物严重影响着农业生产与生态系统，其中尤以独脚金属（Striga spp.）和列当属（Orobanche spp.）寄生植物对农作物的危害最为严重。独脚金主要寄生于高粱、玉米、谷子等单子叶作物上，严重制约非洲、亚洲和部分热带地区粮食生产。根据《科学》杂志的研究显示，独脚金已被列为全球七大农作物重大病害之一。独脚金的寄生过程具有极强的隐蔽性和防治难度。传统的防治手段，如化学药剂、轮作制度及土壤改良等方法效果有限。因此，培育具有抗独脚金寄生能力的作物品种，已成为解决这一问题的关键途径。

　　研究团队通过原创性解析，在缺磷条件下揭示了独脚金易萌发寄生的生理过程，发现缺磷会促进高粱SLs的外排，并基于基因挖掘技术结合大数据分析及分子、细胞生物学方法，鉴定出两个关键的SLs外排转运蛋白编码基因——SbSLT1和SbSLT2。研究发现，这两个基因在诱导独脚金的种子萌发和生长中起着重要作用。通过敲除这两个基因，独脚金种子的萌发率显著下降。田间小区实验发现突变掉SbSLT1和SbSLT2基因的高粱寄生率降低了67-94%，同时高粱的产量损失减少了49%-52%。这一成果为培育抗独脚金寄生的高粱品种提供了重要的基因资源和技术支持。

　　研究团队进一步通过AI模拟预测其形成SL转运通道的关键氨基酸苯丙氨酸位点，发现该位点在所有重要作物转运通道同源蛋白中都存在，并证实玉米ZmSLT1和ZmSLT2也具有SL外排功能及参与了鉴定番茄中相关SL转运蛋白的功能而且成果具有应用的可行性。因此，SL转运机制可能在大多数重要作物中存在保守性，该成果也为其他重要作物抗寄生提供了具有广泛应用前景的解决方案。该研究成果为作物抗独脚金寄生育种提供了新的思路和工具，具有重要的理论和应用价值。未来，联合研究团队将进一步验证相关基因在其他重要作物中的作用并推动抗独脚金寄生作物的产业化。