研究發現寄生生物可控制宿主植物基因表達

編譯：串麗敏 北京市農林科學院農業信息與經濟研究所

菟絲子是一種寄生植物，每年都會給美國乃至全世界的農作物帶來重大損害。它從宿主植物那裡獲得水和養分，並能夠限制這些宿主植物的基因表達。這種跨物種基因調節，包括那些有助於宿主植物防禦寄生生物的基因，此前從未在寄生植物上見過。了解這一機制可以為研究人員提供一種植物基因編輯的方法，使它們具備對寄生生物的抵抗能力。該文章由賓夕法尼亞州立大學和弗吉尼亞理工大學的科學家合作撰寫，於近日發表在《Nature》期刊上。

菟絲子是一種專性寄生生物，這意味著它不能獨立生存。與大多數通過光合作用獲取能量的植物不同，菟絲子通過利用一種叫做吸根的結構將自身與宿主的脈管系統相連，從其他植物中吸取水和養分。目前可以證實，菟絲子除通過吸根從宿主植物吸取養分之外，還將微型核糖核酸（MicroRNA）傳入宿主植物體內，這些核糖核酸可以非常直接地對宿主基因的表達進行調節。

微型核糖核酸是非常短小的核酸片段，是構成DNA和RNA的基本組成單位，可以與負責蛋白質編碼的信使核糖核酸（messenger RNA）結合。通過直接阻斷蛋白質的生成進程或是引發其他蛋白質將信使核糖核酸切碎成更小的片段，微型核糖核酸與信使核糖核酸的這種結合可以阻止蛋白質的生成。重要的是，信使核糖核酸的小型殘留物此後能夠像額外的微型核糖核酸一樣發揮作用，與其他信使核糖核酸結合，進一步限制基因表達。

研究發現，菟絲子與宿主植物一接觸，似乎就啟動了這些微型核糖核酸的表達。真正有意思的是微型核糖核酸專門針對與植物抵禦寄生生物有關的宿主基因。

植物在受到寄生生物攻擊時會啟動大量防禦機制。其中一種機制與創口出現後的凝血機制類似，植物會產生一種阻止養分流向寄生生物附著點的蛋白質。菟絲子產生的微型核糖核酸針對的就是負責這種蛋白質編碼的信使核糖核酸，從而有助於維持養分向這種寄生生物的自由流動。多種植物中負責這種阻斷蛋白編碼的基因都有著非常相似的基因序列。研究人員指出，菟絲子產生的這種微型核糖核酸所針對的這一基因序列區域在各種植物中的保有度都是最高的。因此，菟絲子很可能可以限制多種植物中的這種阻控蛋白，從而使其受到寄生生物感染。

研究人員將單獨的寄生生物組織中的微型核糖核酸、單獨的宿主植物組織中的微型核糖核酸以及兩者結合體組織中的微型核糖核酸進行了基因排序。通過比對這三個來源的基因排序數據，他們得以確認進入到植物組織中的來自菟絲子的微型核糖核酸。他們之後測量了被菟絲子微型核糖核酸作為靶標的信使核糖核酸的數量，並發現，在菟絲子的微型核糖核酸出現後，宿主的信使核糖核酸水平下降了。

加上先前真菌和植物之間少量核糖核酸交換的案例，這項結果意味著這種跨物種基因調節可能更加廣泛地存在於其他植物—寄生生物互作中。所以，了解這一情況後，研究人員希望最終能夠利用基因編輯技術對植物宿主的微型核糖核酸目標區進行編輯，防止微型核糖核酸與這些基因結合併限制這些基因的表達。以這種方式進行基因工程培育植物對寄生生物的抗性能夠減少寄生生物對農作物植株造成的經濟損失。（來源：賓夕法尼亞州立大學 北京市農林科學院農業信息與經濟研究所報道）

本文系獨家編譯報道，轉載請註明出處。

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