云南省野生资源植物研发重点实验室对寄生植物菟丝子的研究取得系列进展

寄生是一种比较常见的物种间互作关系。寄生植物通过一个特殊的器官吸器，从寄主获取营养、水分等生长所需物质。寄生植物具有特殊的生理、生态和进化史，具有较高的科学研究价值，部分寄生植物还危害农业和林业生产。菟丝子是旋花科的茎全寄生植物，其叶片和根在进化过程中已经完全退化消失，只有少数种类还残存微弱的光合能力。
自然界中，菟丝子常常能够同时寄生在多个邻近的寄主上，从而将不同的寄主连接起来。依托中科院昆明植物所的云南省野生资源植物研发重点实验室吴建强课题组创新性地提出了“菟丝子及其连接的不同寄主形成微群落”这一崭新概念，并且发现在这种微群落中，菟丝子能在不同寄主植物间传递有生态学效应的抗虫系统性信号，从而诱导转录组和代谢物响应并提高其抗虫性。该系统性抗虫信号在不同物种间非常保守，甚至可以在不同科的寄主植物间传递并诱导抗虫性。尽管寄生植物一向被视为对寄主“有害无益”，但该研究表明，菟丝子在某些条件下可以帮助不同寄主之间建立起抗虫防御的“联盟”。此研究首次从分子水平揭示了菟丝子连接的植物微群落中，菟丝子和寄主、寄主与寄主间复杂的相互作用关系；对了解抗虫系统性信号也有较重要的意义，对农业上治理寄生植物危害提供了新的启示（Hettenhausen et al., PNAS, 2017）。此外，课题组系统地分析了菟丝子受到蚜虫侵害之后，菟丝子与寄主在植物激素和转录组水平上的响应，发现蚜虫取食胁迫菟丝子后产生的系统性信号能够移动至寄主，并诱导寄主抵御昆虫蚜虫和斜纹夜蛾（Zhuang et al., New Phytologist, 2017）。
课题组以南方菟丝子为对象，通过全基因组和转录组测序，获得了首个寄生植物高质量参考基因组。通过比较基因组学、分子进化等分析获得了大量信息，尤其发现自养植物中保守的基因约11.7%在菟丝子基因组中发生了丢失。丢失基因大部分与光合作用、根和叶的功能与发育、植物抵御逆境与胁迫和基因的转录调控等相关。本研究为了解寄生植物的演化、寄生植物与寄主间的互作提供了重要基础（Sun et al., Nature Communications,2018）。