昆明植物所在独脚金通过木质素调控吸器形成的研究中取得重要进展
中国科学院昆明植物研究所崔松岿团队近期在 Plant Communications 发表研究，揭示了寄生植物独脚金（Striga hermonthica）如何通过木质素（lignin）调控吸器（寄生植物特有的侵染性器官）形成，从而成功完成寄主侵染。研究发现，独脚金能够感知寄主释放的木质素单体，并迅速在根尖沉积木质素，增强吸器的诱导能力，为农业寄生植物防控提供了新的靶点。
独脚金是危害农作物的重要寄生植物，其幼苗通过吸器吸取寄主的水和养分。吸器的诱导依赖于外界吸器诱导因子（Haustorium Inducing Factors: HIFs），而寄生植物早期如何感应并传递这些寄主信号目前还不清楚。前期研究已表明，植物合成木质素过程中产生的木质素单体及其前体发挥HIF作用，可诱导独脚金产生顶端原吸器－一种由根尖分生组织转化成为的早期吸器结构。为深入了解HIF的信号传递分子途径，作者选用了木质素单体荧光探针，并通过处理独脚金进行了组织定位追踪，结果发现苯环上含4位羟基（4-OH）和邻近甲氧基（3/5-OCH3）的木质素单体不仅能诱导吸器形成，还在根尖表皮细胞快速沉积，并通过III型过氧化物酶（ShPERs）促进木质化过程。基于前期大量的转录组研究，该研究提出该信号传导机制可能在列当科寄生植物中保守存在。
木质素是植物细胞壁的主要成分之一，通常积累于成熟组织并赋予植物刚性和抗胁迫能力。除特定胁迫条件之外，这种根尖分生组织迅速木质化的现象极为罕见。该研究推测，木质素的快速积累增强了细胞壁硬度，同时还影响了细胞物理环境变化，这些有利于根尖分生组织迅速把其命运转化为吸器细胞。这一发现揭示了木质素在吸器发育中的双重功能，即作为直接的诱导信号，同时还以细胞结构成分，支持吸器诱导过程，为理解寄生植物侵染策略提供了新视角。未来研究将进一步探讨寄生植物中木质素单体等酚类信号的识别机制，并解析寄主侵染过程中木质素的聚合与降解动态。这将有助于深入理解寄生植物如何通过细胞壁重塑优化寄生过程，从而为农业害草防控提供新的思路。
图1 外源吸器诱导因子(HIF)在根尖诱导木质素合成和积累，促进独脚金形成吸器
该研究由中国科学院昆明植物研究所植物与植物互作分子调控机制课题组崔松岿研究员（第一作者、共同通讯作者）与日本奈良先端科学技术大学院大学植物共生学研究室吉田聡子教授（Satoko Yoshida，共同通讯作者）合作完成。日本京都大学森林代谢功能化学实验室飞松裕基教授（Yoki Tobimatsu），奈良先端科学技术大学院大学若竹崇雅助教（Wakatake Takanori），山形大学基因组功能生物化学实验室Yuri Takeda-Kimura，课题组研究助理罗俊为参与作者。该研究得到国家自然科学基金、云南省“兴滇英才支持计划”、云南省基础研究、日本科学研究助成事业科研费（KAKENHI）等项目支持。
作者：崔松岿