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獨腳金是寄生在高粱上的一種植物，能導致高粱減產甚至死亡。近日，我國科學家首次從高粱中發(fā)現(xiàn)兩個獨腳金內酯外排轉運蛋白SbSLT1和SbSLT2，敲除這兩個基因后，高粱對獨腳金的抗性顯著提高。

這一研究由中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所科研團隊與中國農業(yè)大學、先正達集團中國以及崖州灣國家實驗室等多家單位合作完成，發(fā)表在2月12日出版的國際學術期刊《細胞》上。這一發(fā)現(xiàn)為培育抗獨腳金寄生的高粱品種提供了重要的理論依據(jù)和基因資源。研究團隊進一步通過人工智能預測和分子及細胞生物學等方法，發(fā)現(xiàn)作物該類外排轉運蛋白的保守關鍵氨基酸位點及其廣泛的抗寄生應用前景。

中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員、玉米等作物種質創(chuàng)新及分子育種全國重點實驗室主任謝旗介紹，寄生植物對農業(yè)生產和生態(tài)系統(tǒng)有著重要的影響，尤其是獨腳金屬和列當屬的寄生植物對農作物會造成嚴重危害——獨腳金屬主要寄生高粱、玉米、谷子等單子葉作物，是世界七大農作物危害之一；列當屬主要影響重要的蔬菜作物（如番茄、馬鈴薯）和油料作物（如向日葵）等。這些寄生植物每年在全球造成的經濟損失高達100到120億美元。

獨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，一旦感知到寄主植物釋放的獨腳金內酯，便會迅速萌發(fā)并侵入寄主植物的根部，建立寄生關系。傳統(tǒng)的防治方法，如化學藥劑、輪作和土壤改良等，效果有限且成本高昂，因此，培育抗獨腳金寄生的作物品種成為解決這一問題的關鍵。

研究人員原創(chuàng)性地解析缺磷條件下獨腳金易萌發(fā)寄生的生理過程，發(fā)現(xiàn)缺磷促進高粱獨腳金內酯（SLs）外排的現(xiàn)象，基于原創(chuàng)的基因挖掘技術，結合大數(shù)據(jù)分析和相關分子及細胞生物學技術，首次鑒定出高粱中兩個關鍵的SL外排轉運蛋白——SbSLT1和SbSLT2。研究團隊進一步揭示了SbSLT1和SbSLT2基因的作用機制。敲除這兩個基因后，SLs的外排受到抑制，導致獨腳金無法正常萌發(fā)，并寄生高粱，從而顯著提高高粱的抗寄生能力。田間實驗表明，敲除這兩個基因的高粱品種，寄生率降低67%到94%，高粱的產量損失減少49%到52%。

研究團隊進一步通過人工智能模擬預測SbSLT1和SbSLT2上形成SL轉運通道的關鍵氨基酸——苯丙氨酸位點，發(fā)現(xiàn)該位點在所有重要作物轉運通道同源蛋白中都存在，玉米ZmSLT1和ZmSLT2的SL外排功能已被證實，這為重要作物抗寄生提供了具有廣泛應用前景的解決方案。

“我們將進一步驗證相關基因在其他重要作物中的作用，并推動抗獨腳金寄生作物的產業(yè)化，為保障糧食安全作出貢獻?！敝x旗認為，這一發(fā)現(xiàn)和功能解析為作物抗獨腳金寄生育種提供了新的思路和工具，具有重要的理論和應用價值。（記者齊芳）