菟丝子利用其宿主植物的开花信号来开花

2020-09-15 111被子植物

菟丝子属植物有200多种,几乎遍布世界各地。这种寄生虫被称为菟丝子,也被称为巫师网、魔鬼的毛发或绞死草,它们通过一个特殊的器官吸器附着在宿主上,并从它们身上吸取营养,以此为食。它们既没有根也没有叶。没有叶子,它们很难进行光合作用。没有根,它们就不能从土壤中吸收养分和水分。另一方面,它们被集成到其所在工厂的内部通信网络中,甚至可以在工厂之间传递警报信号。

吴建强是中国科学院昆明植物研究所马克斯-普朗克合作小组的组长,他领导的一个科学家小组现在询问这些寄生虫是如何与宿主同步开花的。他们观察到,菟丝子利用其宿主植物的开花信号来开花。

来自寄主的促花信号FT也决定了寄生虫的开花时间

开花时间是由叶子控制的,因为叶子可以感知环境信号并合成开花信号,一种叫做开花位点T(FT)的蛋白质,它穿过植物的维管系统。因此,我们想知道像菟丝子这样的无叶寄生虫是如何控制其开花时间的,”首席研究员吴建强说。2018年,他的研究小组对南极锦葵的基因组进行了测序,发现许多对调控开花时间的重要基因在南极锦葵基因组中丢失。因此,南极锦葵似乎无法激活自己的开花机制。

基于FT蛋白是移动信号这一事实,研究人员假设菟丝子偷听了寄主叶片发出的开花信号,并利用它们产生自己的花。为了证明这种窃听场景,他们使用了转基因的寄主植物,其中FT基因的表达发生了改变,这确实影响了寄生虫的开花时间。他们还将FT蛋白与绿色荧光蛋白(GFP)作为标记物,检测寄主植物在寄主体内的促花信号:标记的FT蛋白已从寄主迁移到寄主。

菟丝子利用其宿主植物的开花信号来开花。对菟丝子来说,与寄主同步开花是最好的策略。如果它比寄主晚开花,它可能根本无法产生种子,因为寄主体内的营养物质会迅速被寄主的生殖组织吸收。宿主甚至可能在寄生虫开始产生种子之前迅速死亡。然而,如果菟丝子花得太早,它的生长很可能会提前结束,并且它可能无法产生与寄主开花时间同步的菟丝子植物一样多的种子。

回归进化:基因丢失是一种优势

在进化过程中,植物寄生虫丧失了某些特性,并“外包”了生理过程。因此,它们基因组中的各种基因可能会丢失。”菟丝子利用其宿主植物的开花信号来开花的研究表明,对于一种植物寄生虫来说,失去对开花过程的控制是有利的,因为它允许寄生虫劫持其宿主的移动开花信号供自己使用。“因此,它可以很容易地使自己的生理学与宿主的生理学同步,”作者之一、马克斯·普朗克化学生态学研究所分子生态学系主任伊恩·鲍德温说。由于基因丢失,菟丝子可能能够更好地适应寄生的生活方式,并最终提高其适应能力。

引用

Max Planck Institute for Chemical Ecology. "Dodder uses the flowering signal of its host plant to flower." ScienceDaily. ScienceDaily, 31 August 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200831154410.htm.

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