菟絲子與寄主間蛋白質運輸研究中取得新進展

昆明植物研究所 吳建強 2019-12-09

  在自然界中約有4000-5000種寄生植物,大約占所有被子植物的1%。旋花科菟絲子屬的菟絲子植物是典型的全寄生植物,約有200個種,它的根和葉片退化,有些完全沒有光合能力,有的仍然保留了極其微弱的光合作用,必須依靠寄主才能存活。菟絲子可將自己的莖纏繞在寄主的莖上,并產生吸器侵入到寄主的莖內,并將自己的木質部與寄主的木質部相連,韌皮部與寄主的韌皮部相連,從而與寄主建立維管束的聯系。目前的研究表明菟絲子能通過這種維管束通道從寄主獲得水分和營養等生長所需物質,同時一些大分子物質,例如病毒,植原體,RNA以及次生代謝產物也能通過這種維管束的連接,在寄主與菟絲子間進行交流,但是目前對于菟絲子與寄主間轉運蛋白的研究還十分缺乏。 

  近日,中國科學院昆明植物研究所功能基因組學與利用團隊吳建強課題組報道了寄生植物菟絲子與寄主間大規模的蛋白質交流。寄主和菟絲子的蛋白質組測序結果顯示,幾百種到超過1500種的蛋白質能在寄主和菟絲子間進行交流,而且上百個轉運蛋白還能被傳輸和積累到菟絲子與寄主的種子中。自然界中,菟絲子經常可以將不同的寄主同時連接起來,研究發現,不同寄主間超過七百個蛋白質能通過菟絲子“通道”進行長距離運輸。通過利用質譜信號估算,至少11.5%的蛋白質在到達受體植物后還能保持至少50%的蛋白量。此研究還利用多個報告蛋白證明,很可能多數轉運蛋白質在經過長距離運輸到達受體植物后仍保有其生物學功能,且可能對受體植物的生長發育及抗逆性產生影響。 

  該研究首次證明了植物-植物間能進行大規模的蛋白質交流。由于菟絲子能夠同時寄生不同科屬的植物,因此同源蛋白以及某些科和屬特異的蛋白能夠跨科跨屬直接轉運,從而可能使受體植物獲得嶄新的性狀。本研究對了解植物間相互作用的分子機制有較重要意義,也為植物體內物質(包括信號)的長距離運輸的研究提供了新視角和新的研究方法。 

  該研究成果于2019125日以Extensive inter-plant protein transfer between Cuscuta parasites and their host plants為題在Molecular Plant雜志上在線發表。中國科學院昆明植物研究所的吳建強研究員為論文的通訊作者,博士研究生劉念為論文第一作者。該研究得到了中科院先導B項目、國家自然科學基金項目、中國科學院國際合作項目等經費的支持。 

  文章鏈接 

 

1. 南方菟絲子(Cuscuta campestris)生長于寄主野生番茄(Solanum pennelli)上。 

 

2. 五種不同大小的融合蛋白eGFP-GUSGUSLUCeGFPAOS-FLAG可從擬南芥轉運到菟絲子莖中。 

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