中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所崔松巋團(tuán)隊(duì)近期在 Plant Communications 發(fā)表研究，揭示了寄生植物獨(dú)腳金（Striga hermonthica）如何通過木質(zhì)素（lignin）調(diào)控吸器（寄生植物特有的侵染性器官）形成，從而成功完成寄主侵染。研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)腳金能夠感知寄主釋放的木質(zhì)素單體，并迅速在根尖沉積木質(zhì)素，增強(qiáng)吸器的誘導(dǎo)能力，為農(nóng)業(yè)寄生植物防控提供了新的靶點(diǎn)。

獨(dú)腳金是危害農(nóng)作物的重要寄生植物，其幼苗通過吸器吸取寄主的水和養(yǎng)分。吸器的誘導(dǎo)依賴于外界吸器誘導(dǎo)因子（Haustorium Inducing Factors: HIFs），而寄生植物早期如何感應(yīng)并傳遞這些寄主信號(hào)目前還不清楚。前期研究已表明，植物合成木質(zhì)素過程中產(chǎn)生的木質(zhì)素單體及其前體發(fā)揮HIF作用，可誘導(dǎo)獨(dú)腳金產(chǎn)生頂端原吸器－一種由根尖分生組織轉(zhuǎn)化成為的早期吸器結(jié)構(gòu)。為深入了解HIF的信號(hào)傳遞分子途徑，作者選用了木質(zhì)素單體熒光探針，并通過處理獨(dú)腳金進(jìn)行了組織定位追蹤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)苯環(huán)上含4位羥基（4-OH）和鄰近甲氧基（3/5-OCH3）的木質(zhì)素單體不僅能誘導(dǎo)吸器形成，還在根尖表皮細(xì)胞快速沉積，并通過III型過氧化物酶（ShPERs）促進(jìn)木質(zhì)化過程?；谇捌诖罅康霓D(zhuǎn)錄組研究，該研究提出該信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制可能在列當(dāng)科寄生植物中保守存在。

木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的主要成分之一，通常積累于成熟組織并賦予植物剛性和抗脅迫能力。除特定脅迫條件之外，這種根尖分生組織迅速木質(zhì)化的現(xiàn)象極為罕見。該研究推測(cè)，木質(zhì)素的快速積累增強(qiáng)了細(xì)胞壁硬度，同時(shí)還影響了細(xì)胞物理環(huán)境變化，這些有利于根尖分生組織迅速把其命運(yùn)轉(zhuǎn)化為吸器細(xì)胞。這一發(fā)現(xiàn)揭示了木質(zhì)素在吸器發(fā)育中的雙重功能，即作為直接的誘導(dǎo)信號(hào)，同時(shí)還以細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分，支持吸器誘導(dǎo)過程，為理解寄生植物侵染策略提供了新視角。未來研究將進(jìn)一步探討寄生植物中木質(zhì)素單體等酚類信號(hào)的識(shí)別機(jī)制，并解析寄主侵染過程中木質(zhì)素的聚合與降解動(dòng)態(tài)。這將有助于深入理解寄生植物如何通過細(xì)胞壁重塑優(yōu)化寄生過程，從而為農(nóng)業(yè)害草防控提供新的思路。

圖1 外源吸器誘導(dǎo)因子(HIF)在根尖誘導(dǎo)木質(zhì)素合成和積累，促進(jìn)獨(dú)腳金形成吸器

該研究由中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所植物與植物互作分子調(diào)控機(jī)制專題組崔松巋研究員（第一作者、共同通訊作者）與日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)植物共生學(xué)研究室吉田聡子教授（Satoko Yoshida，共同通訊作者）合作完成。日本京都大學(xué)森林代謝功能化學(xué)實(shí)驗(yàn)室飛松裕基教授（Yoki Tobimatsu），奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)若竹崇雅助教（Wakatake Takanori），山形大學(xué)基因組功能生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室Yuri Takeda-Kimura，研究組研究助理羅俊為參與作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、云南省“興滇英才支持計(jì)劃”、云南省基礎(chǔ)研究、日本科學(xué)研究助成事業(yè)科研費(fèi)（KAKENHI）等項(xiàng)目支持。

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文：崔松巋