15億美元殺手：科學家發現關鍵基因對抗作物寄生蟲

研究人員發現了兩個關鍵基因，SbSLT1和SbSLT2，這些基因幫助高粱抵抗Striga，並阻止其發芽。中國科學家已經識別出兩個關鍵基因，這些基因使高粱能夠抵抗Striga，這是一種導致主要作物損失的寄生植物。這項發現不僅揭示了高粱的自然防禦機制，還展示了人工智慧如何預測關鍵氨基酸位點在strigolactone（SL）轉運蛋白中的作用——這些見解可以增強各種作物對寄生植物的抵抗力。

這項研究發表在《Cell》期刊上，由中國科學院遺傳與發育生物學研究所的謝琦教授團隊領導，並與其他五個機構合作進行。Striga，俗稱巫草，以及其他寄生植物如Orobanche，依賴宿主植物獲取營養和水分，顯著降低作物產量並破壞農業生態系統。僅Striga就在非洲感染了超過5000萬公頃的農田，每年造成15億美元的經濟損失，影響超過3億人。在中國，Striga出現在廣東和雲南等地區，而Orobanche則威脅著內蒙古和新疆的向日葵和番茄等作物。

高粱是易受Striga感染的植物之一。高粱根部釋放SLs，這是一類植物激素，有助於招募菌根真菌以吸收營養。不幸的是，土壤中休眠的Striga種子檢測到這些SL訊號，觸發Striga發芽並隨後感染宿主植物。

在這項研究中，研究人員分別分析了在磷缺乏條件下和strigolactone（SL）處理下的高粱根部的轉錄組資料。科學家們識別出兩個ABCG家族的SL轉運蛋白基因：Sorghum bicolor SL轉運蛋白1（SbSLT1）和Sorghum bicolor SL轉運蛋白2（SbSLT2）。他們確定SbSLT1和SbSLT2蛋白控制SL的外排，敲除相關基因會抑制SL的分泌。在這些條件下，Striga無法發芽並感染宿主。

基於人工智慧的預測進一步識別出一個對SL轉運至關重要的保守苯丙氨酸殘基。這個殘基不僅存在於高粱中，還存在於其他單子葉作物如玉米、水稻和粟，以及雙子葉作物如向日葵和番茄的SL轉運蛋白中，表明這是一個跨物種的保守機制。分子生物學和細胞生物學實驗證明瞭這個殘基的關鍵功能。

在Striga易發地區進行的田間試驗顯示，敲除SbSLT1和SbSLT2基因的高粱表現出67–94%的較低感染率和49–52%的較少產量損失。這些發現為培育抗Striga的高粱品種提供了寶貴的遺傳資源和技術支援。

研究人員強調，SbSLT1和SbSLT2的發現可以提供對抗寄生植物的關鍵工具，可能解決受寄生植物嚴重影響的國家，特別是非洲和亞洲國家的糧食安全挑戰，從而促進區域和平與穩定。未來的研究將專注於驗證這些基因在玉米、番茄和粟等作物中的作用，目標是推進抗Striga作物的商業化。

參考文獻：Resistance to Striga parasitism through reduction of strigolactone exudation by Jiayang Shi, Cuo Mei, Fengyong Ge, Qingliang Hu, Xinwei Ban, Ran Xia, Peiyong Xin, Shujing Cheng, Gaohua Zhang, Jiawei Nie, Shiqi Zhang, Xiaowei Ma, Yi Wang, Jinfang Chu, Yuhang Chen, Bing Wang, Weihua Wu, Jiayang Li, Qi Xie and Feifei Yu, 2025年2月12日, Cell.DOI: 10.1016/j.cell.2025.01.022