中新社北京2月13日電 (記者 孫自法)寄生植物會對農(nóng)作物帶來巨大沖擊甚至毀滅性打擊，從而嚴(yán)重威脅糧食安全。這種情況該如何有效應(yīng)對，長期以來備受關(guān)注。
來自中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所(遺傳發(fā)育所)的消息說，該所科研團(tuán)隊聯(lián)手合作伙伴，最新在“作物抗寄生植物研究”方面取得具有里程碑意義的重大突破——從高粱中首次發(fā)現(xiàn)兩大關(guān)鍵基因，通過基因編輯修飾具有廣泛的重要作物抗寄生應(yīng)用前景。
本項研究成果示意圖。(中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所 供圖)這一將助力全球抵御寄生植物威脅、為保障世界糧食安全提供“中國方案”的重要研究，由中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所謝旗研究員、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)于菲菲教授和中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所研究員、崖州灣國家實驗室主任李家洋院士領(lǐng)銜科研團(tuán)隊與合作者共同完成，相關(guān)成果論文北京時間2月13日凌晨在國際知名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上線發(fā)表。
研究團(tuán)隊介紹說，寄生植物對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)有重要影響，尤其是獨(dú)腳金屬和列當(dāng)屬寄生植物對農(nóng)作物造成嚴(yán)重危害。獨(dú)腳金屬主要寄生高粱、玉米、谷子等單子葉作物，嚴(yán)重制約非洲、亞洲和部分熱帶地區(qū)糧食生產(chǎn)。
本項研究中，研究團(tuán)隊通過原創(chuàng)性解析缺磷條件下獨(dú)腳金易萌發(fā)寄生的生理過程，發(fā)現(xiàn)缺磷促進(jìn)高粱獨(dú)腳金內(nèi)酯外排的現(xiàn)象，基于原創(chuàng)的基因挖掘技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)分析及基因編輯技術(shù)和相關(guān)分子及細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)，首次鑒定出高粱中兩個關(guān)鍵的獨(dú)腳金內(nèi)酯外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，并將這兩個基因命名為SbSLT1和SbSLT2。
研究發(fā)現(xiàn)，這兩個基因在高粱誘導(dǎo)獨(dú)腳金的種子萌發(fā)和生長中起到重要作用，敲除這兩個基因后，獨(dú)腳金種子的萌發(fā)顯著降低，高粱的抗寄生能力顯著提高。在獨(dú)腳金高發(fā)地區(qū)進(jìn)行的田間小區(qū)試驗結(jié)果表明，敲除SbSLT1和SbSLT2基因的高粱品種對獨(dú)腳金的抗性顯著增強(qiáng)，寄生率降低67%-94%，同時高粱的產(chǎn)量損失減少49%-52%。
進(jìn)一步通過人工智能(AI)模擬預(yù)測，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)相關(guān)位點在所有重要作物的SbSLT1和SbSLT2同源蛋白中都存在，且玉米同源基因的獨(dú)腳金內(nèi)酯外排功能已被證實，從而證明獨(dú)腳金內(nèi)酯轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制可能存在保守性，這為重要作物抗寄生提供了具有廣泛應(yīng)用前景的解決方案。
作為世界七大農(nóng)作物危害之一，獨(dú)腳金的寄生過程極為隱蔽且難以防治，其種子在土壤中可以休眠超過20年。研究團(tuán)隊表示，未來將進(jìn)一步驗證相關(guān)基因在其他重要作物中的作用，并推動抗獨(dú)腳金寄生作物的商業(yè)化應(yīng)用。(完)