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中國科學(xué)院昆明植物研究所
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科學(xué)普及
科普文章

植物界的“電信運營商”

文章來源:資源之物與生物技術(shù)重點實驗室  |  發(fā)布時間:2017-09-07  |  作者:張井雄  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  人們對動物界的寄生現(xiàn)象比較熟悉,但是在植物界里,寄生也是普遍存在的。比如菟絲子就是人們比較熟知的寄生植物。一直以來,普遍認為寄生植物對于寄主來講是有百害而無一利的??墒?,最新的研究表明,寄生植物可能還有積極的一面。

  寄人籬下的植物 

  在被子植物中,寄生植物有4000種左右,占到大約1%。所有的寄生植物都具備一個特殊的器官,那就是吸器(英文:haustorium)。吸器一詞最早源于拉丁語的“haurire”,其意為“喝”。寄生植物通過吸器與寄主的維管束組織形成連接,從寄主獲取營養(yǎng)、水分等生長所需物質(zhì),造成寄主營養(yǎng)的大量流失,進而嚴重影響寄主生長和繁殖。常見的寄生植物有列當(dāng)、獨腳金、菟絲子等。其中,菟絲子較為常見,大約有將近200個物種,分布在全世界很多國家和地區(qū)。

  菟絲子沒有根也沒有葉片,通過莖纏繞在寄主上并產(chǎn)生大量吸器而獲取營養(yǎng)。菟絲子沒有或者只有非常微弱的光合作用,從而被認為是一類全寄生植物。近來有研究表明,寄主和菟絲子的“物質(zhì)交流”是非常頻繁的,不僅包括水分和營養(yǎng),還包括蛋白質(zhì)、 mRNA 以及次生代謝物等。

  菟絲子:植物間的電話線、傳話筒 

  自然界中,一株菟絲子常常能夠同時寄生在多個鄰近的寄主上,從而將不同的寄主連接起來。既然菟絲子和寄主有廣泛的物質(zhì)交流,那么“電話線”一樣的菟絲子是否也能讓不同寄主之間相互“信息交流”呢?“我們的研究是支持這種假設(shè)的?!敝袊茖W(xué)院昆明植物研究所吳建強博士給出明確的答案。自2012年從德國學(xué)成歸來,吳博士就對寄生植物獨特的生理形態(tài)產(chǎn)生了濃厚的興趣,在其后的數(shù)年中,他和他的團隊一直致力于用分子的手段解析這種獨特的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象。

  近來,吳建強的團隊與著名化學(xué)生態(tài)學(xué)家、美國科學(xué)院院士 IanT. Baldwin 教授合作,創(chuàng)新性地提出了“菟絲子及其連接的不同寄主形成微群落”這一嶄新概念。

  他們發(fā)現(xiàn),在這種微群落中,菟絲子起到一個“通信渠道”的作用,當(dāng)昆蟲取食一個寄主的時候,這個寄主能夠產(chǎn)生一個信號,這個信號不但能夠誘導(dǎo)被取食植物的抗蟲性,而且通過菟絲子這個渠道,這個抗蟲信號能夠被傳輸?shù)狡渌募闹髦参铮瑯釉鰪娺@些植物的抗蟲能力。此外,即使屬于不同“家族”的寄主植物對也能夠聽懂這種移動的“抗蟲命令”,說明這種信號在不同的植物間都是保守的。

  該團隊的成果還證明,一種叫做茉莉酸的植物激素在這個“交流”過程中起到了非常重要作用,而且這種信號能夠傳遞到至少一米遠的寄主,并誘導(dǎo)抗蟲響應(yīng)。通過測定發(fā)現(xiàn),這個信號的傳遞速度大約是兩個小時一米?!斑@種速度對于人來講是非常緩慢的,但是對于植物而言,接收到這種信號就像是被通風(fēng)報信,能提前得知附近有昆蟲取食而做出抗蟲準備”,吳博士補充道。

  這樣看來,寄生植物對于寄主而言并非一無是處,在某些條件下,菟絲子是能夠幫助不同寄主之間建立起抗蟲防御的“聯(lián)盟”的。著名科學(xué)研究雜志《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)在2017年7月24日報道了這項成果。

  這項研究首次從分子水平揭示了菟絲子連接的植物微群落中,菟絲子和寄主、寄主與寄主間復(fù)雜的相互作用關(guān)系。這些發(fā)現(xiàn)不僅對了解抗蟲信號具有重要的意義,也為農(nóng)業(yè)上治理寄生植物危害提供了新的啟示。

 

  南方菟絲子(Cuscuta australis)寄生在野生番茄(Solanum pennellii)上 

 

  菟絲子介導(dǎo)兩株植物間抗蟲信號的交流 


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