昆明植物所揭示菟絲子在不同寄主間傳遞系統性信號

　　寄生是一種比較常見的互作關系。在被子植物中，寄生植物有3000多種，占到大約1%。寄生植物通過一個特殊的器官——吸器，從寄主獲取營養、水分等生長所需物質，寄主生長和繁殖也因此受到嚴重影響。由于其特殊的生理、生態和進化，寄生植物近年來得到了越來越多的關注和研究。

　　菟絲子是旋花科的莖全寄生植物，其大多數種類的葉片和根在進化過程中已經完全退化消失，只有少數種類還殘存微弱的光合能力。近來有研究表明，除了水分和營養，很多物質都能夠在菟絲子和寄主之間運輸，包括蛋白質、mRNA以及次生代謝物等。然而，菟絲子與寄主間的相互作用研究還非常缺乏。

　　自然界中，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。中國科學院昆明植物研究所吳建強課題組與馬普化學生態學研究所教授Ian T. Baldwin合作，創新性地提出了“菟絲子及其連接的不同寄主形成微群落”這一嶄新概念，并且發現在這種微群落中，菟絲子能在不同寄主植物間傳遞有生態學效應的抗蟲系統性信號。研究人員利用菟絲子將不同寄主植物進行了連接，當對其中一株寄主植物做昆蟲取食處理后發現，被取食葉片產生了某種系統性抗蟲信號，這些信號能夠被運輸到被處理植物的其它部分并誘導抗蟲響應；更重要的是，系統性信號能夠通過菟絲子傳遞到微群落中的其它寄主植物，從而誘導轉錄組和代謝物響應并提高其抗蟲性。該系統性抗蟲信號在不同物種間非常保守，甚至可以在不同科的寄主植物間傳遞并誘導抗蟲性，而且茉莉酸（jasmonic acid）在此系統性信號的產生或傳遞過程中扮演著重要的角色。他們的研究還指出，菟絲子傳導的抗蟲系統性信號產生和傳播速度非常快（大約1cm/分鐘），而且還可以遠距離傳遞（超過100cm）。

　　盡管寄生植物一向被視為為對寄主“有害無益”，該研究表明，菟絲子在某些條件下可以幫助不同寄主之間建立起抗蟲防御的“聯盟”。這是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、寄主與寄主間復雜的相互作用關系，此研究對了解抗蟲系統性信號也有較重要的意義，也對農業上治理寄生植物危害提供了新的啟示。

　　博士后Christian Hettenhausen（德國籍）和博士李娟為該論文的共同第一作者，研究員吳建強為該文章的通訊作者。研究成果以The stem parasitic plant Cuscuta australis (dodder) transfers herbivory-induced signals among plants為題作為封面文章，于7月25日在線發表在《美國科學院院刊》（PNAS）上。

　　該研究得到了中科院戰略性先導科技專項（B類）、自然科學基金、馬普伙伴小組國際合作等經費的支持。

圖1. 兩個大豆寄主植物之間能夠通過菟絲子傳遞抗蟲系統性信號

A. 斜紋夜蛾取食L葉片后誘導的S1（被取食大豆的系統性葉片）和S2（菟絲子連接的未被取食的大豆葉片）轉錄組中受到調控的基因的維恩分析圖。B. S2葉片中抗蟲物質TPI的活性變化。C. 處理組和對照組中S2葉片的抗蟲性分析。

圖2. 茉莉酸是菟絲子傳導的抗蟲系統性信號的重要調控因子

將擬南芥野生型（Col-0）或者茉莉酸合成缺陷突變體dde2-2和栽培煙草通過菟絲子進行連接后，發現茉莉酸是重要的抗蟲系統性信號的重要調控因子。