植物

菟絲子的基因組密碼

在自然界中，絕大部分植物都是通過葉片的光合作用、根部吸收水分及養(yǎng)分維持生存，這些植物被稱作"自養(yǎng)植物"。寄生植物則是通過叫作"吸器"的器官從自養(yǎng)植物上獲取養(yǎng)分。人們常會看到一些淡黃色或綠色的藤狀、沒有葉片和根的植物，纏繞在自養(yǎng)植物上，這就是寄生植物中常見的"菟絲子"。近期，用一年半時間成功破譯了南方菟絲子的全基因組密碼，揭開了寄生植物起源和演化的"身世"。菟絲子屬植物與番薯屬植物是近親，它們共同的祖先生活在約3300萬年前，之后菟絲子開始快速進化，并經歷了劇烈的基因丟失事件。自養(yǎng)植物中約11.7%的基因在菟絲子基因組中全都不見了。這些丟失的基因大多與光合作用、根和葉的功能發(fā)育等相關。有趣的是，南方菟絲子還丟失了重要的開花決定基因。這很可能與菟絲子根和葉片的退化相關。此外，團隊還找到了一系列可能與南方菟絲子"吸器"功能和發(fā)育相關的基因。這項成果為學界了解寄生植物的演化及生理生態(tài)提供了重要基礎。（Nature Communications 2018，9:2683）

植物病毒與宿主細胞間博弈的新機制

病毒導致的病害在全世界范圍內造成嚴重的農業(yè)生產損失，并成為糧食安全的致命威脅。植物病毒侵染植物細胞并攻擊細胞內部組分以便自身復制和傳播，最終導致病害發(fā)生。然而，植物細胞已經"學會"了偵查病毒入侵，并通過激發(fā)免疫反應來抵抗病毒的侵染。植物抵抗病毒侵染的主要免疫反應機制是RNA interference(RNAi)，這種機制可以阻斷病毒蛋白復制，從而影響病毒侵染的進程。RNAi依賴于小RNA的產生，這些小RNA中含有病毒基因序列的信息，而這些信息可以用促使植物體內的防御系統(tǒng)抵抗病毒的攻擊。RNAi最顯著的特征之一是可傳遞性：小RNA可以在細胞之間移動，借此在機體中傳遞病毒入侵的警報。小RNA的移動對病毒侵染的防御機制極為關鍵，因為這使遠距離未被侵染的細胞提前進入警戒狀態(tài)并在病毒到來之前做好防御準備。小RNA遷移的生物學意義與植物病毒侵染防御機制聯(lián)系密切，但小RNA在細胞間移動的具體機制仍不清楚。近期，研究者發(fā)現(xiàn)，在植物病毒與宿主細胞的博弈之戰(zhàn)中，調控植物生長發(fā)育的受體蛋白BAM1可以促進細胞之間RNAi的擴散。BAM1蛋白在細胞中定位于細胞膜和胞間連絲中。胞間連絲是臨近細胞間連接的通道，并可能有助于小RNA攜帶的信息傳播。然而，作為演化過程中宿主和病原菌共同進化的結果，如果一個宿主蛋白在免疫反應中作用突出，致病病原菌也必須不斷進化來對抗宿主蛋白的效力。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)了名為C4的病毒蛋白可以與BAM1結合，C4可以干擾RNAi細胞間的傳播。該研究為更深入研究RNAi細胞之間的傳播機制奠定了基礎，并為通過生物工程提高農作物抗病性提供了新思路。（PNAS 2018,https://doi.org/10.1073/pnas.1715556115）