該研究首次揭示了缺磷環(huán)境促進作物SL外排的生理現(xiàn)象，并解析了其分子機制，填補了通過調(diào)控SL外排控制獨腳金寄生研究領(lǐng)域的空白。百邁客生物為該研究提供了生物云平臺分析服務(wù)。

研究背景

寄生植物對作物的危害由來已久，其中尤以列當(dāng)科-獨腳金屬（Striga?spp.）和列當(dāng)屬（Orobanche?spp.）寄生植物危害最為嚴重。獨腳金主要危害高粱、玉米及谷子等單子葉作物，而列當(dāng)則主要危害番茄、向日葵等雙子葉作物。二者每年造成約近7000萬公頃土地受到侵染，3億人糧食安全受到威脅，直接經(jīng)濟損失達100-120億美元。因此，深入研究寄生植物的作用機制，解析宿主與寄生植物互作過程，對于作物抗寄生研究具有重要意義。

高粱是世界第五大糧食作物，起源于非洲薩赫勒地區(qū)，具有高度耐逆、耐貧瘠等表型。同時，干旱、貧瘠（尤其是缺磷）條件會誘導(dǎo)作物根系分泌獨腳金內(nèi)酯（Strigolactones,?SLs），刺激土壤中獨腳金種子的萌發(fā)，導(dǎo)致寄生問題。因此，高粱成為獨腳金的主要宿主，也常被用作研究植物寄生問題的模式作物。盡管近些年關(guān)于通過調(diào)控獨腳金內(nèi)酯合成通路來抗寄生的研究有所報道，但對于缺磷環(huán)境下作物與獨腳金互作的分子機制仍知之甚少。

研究內(nèi)容及結(jié)果

為探究缺磷條件下高粱誘導(dǎo)獨腳金寄生的生理過程，研究團隊創(chuàng)建了高粱水培缺磷模擬實驗系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)在缺磷處理下高粱根系和水培液中SL含量顯著升高。進一步通過缺磷處理和SL處理高粱根系轉(zhuǎn)錄組測序聯(lián)合分析，確定了ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族編碼基因SbSLT1和SbSLT2為高粱SL外排轉(zhuǎn)運蛋白的候選基因。SbSLT1和SbSLT2受到缺磷和SL處理顯著誘導(dǎo)表達，表達模式、原位雜交等實驗表明SbSLT1和SbSLT2主要在高粱根系表皮細胞表達，符合其外排SL到土壤中的功能特性。

研究團隊利用酵母、爪蟾卵母細胞以及擬南芥異源表達系統(tǒng)，證實了SbSLT1和SbSLT2均具有顯著的SL轉(zhuǎn)運活性。進一步探究發(fā)現(xiàn)它們的同源蛋白SbSLT1-LIKE和SbSLT2-LIKE均不具備SL轉(zhuǎn)運活性，強調(diào)了SbSLT1和SbSLT2在高粱ABCG家族轉(zhuǎn)運蛋白中的SL轉(zhuǎn)運功能特異性。

為深入解析SbSLT1和SbSLT2轉(zhuǎn)運SL的分子機制，研究團隊利用AlphaFold結(jié)合HOLE對SbSLT1和SbSLT2在細胞膜上形成的SL轉(zhuǎn)運通道進行了預(yù)測，結(jié)合實驗結(jié)果最終確定了SbSLT1-F693和SbSLT2-F642為關(guān)鍵氨基酸位點，有趣的是，同源蛋白SbSLT1-LIKE和SbSLT2-LIKE并不存在該保守氨基酸位點，這也解釋了二者不具備SL轉(zhuǎn)運活性的現(xiàn)象。通過蛋白序列比對發(fā)現(xiàn)，單子葉植物中SbSLT1和SbSLT2的同源蛋白與已知的雙子葉SL轉(zhuǎn)運蛋白均具有該保守苯丙氨酸位點，說明在單雙子葉植物中可能存在保守的SL轉(zhuǎn)運機制。

進一步構(gòu)建高粱SbSLT1和SbSLT2基因編輯敲除株系進行功能驗證，發(fā)現(xiàn)敲除突變體材料的根系分泌物中SL含量較對照株系顯著降低，且利用該分泌物處理獨腳金種子，萌發(fā)率顯著下降。田間小區(qū)實驗發(fā)現(xiàn)突變掉SbSLT1和SbSLT2基因的高粱寄生率降低了67-94%以上，同時高粱的產(chǎn)量損失減少了49%-52%。

研究總結(jié)

綜上所述，SbSLT1和SbSLT2基因在提升作物抗寄生能力，減少寄生對作物造成的損失方面具有顯著的應(yīng)用潛力。該研究為高粱、玉米等經(jīng)濟作物抗獨腳金等寄生植物寄生問題提供了新的解決策略，為應(yīng)對寄生植物對全球經(jīng)濟損失和糧食安全威脅具有重要戰(zhàn)略意義。

這項突破性研究，不僅揭示了作物抵御寄生威脅的關(guān)鍵機制，更展現(xiàn)了從分子解析到田間驗證的完整科研閉環(huán)。值得注意的是，百邁客生物云平臺為該研究的數(shù)據(jù)分析提供了重要支撐，再次印證了現(xiàn)代生命科學(xué)的重大突破，早已離不開生物信息學(xué)的強大支撐。

作為連接實驗數(shù)據(jù)與科研結(jié)論的核心橋梁，生信技能已成為前沿科研人員不可或缺的核心競爭力?——?從基因組序列的精準組裝、轉(zhuǎn)錄組表達譜的差異分析，到表觀遺傳修飾的特征挖掘、代謝組與表型組的關(guān)聯(lián)解析，再到分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與驗證，每一個關(guān)鍵科研環(huán)節(jié)都離不開生信技術(shù)的深度參與。它不僅能幫助科研人員從海量、復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)中挖掘出隱藏的生物學(xué)規(guī)律，更能打破傳統(tǒng)實驗研究的局限，實現(xiàn)?“數(shù)據(jù)驅(qū)動科研創(chuàng)新”?的全新范式。

可以說，掌握扎實的生信技能，就意味著手握了打開生命奧秘之門的鑰匙，能夠在前沿科研領(lǐng)域搶占先機，加速從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的成果轉(zhuǎn)化。