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鹽脅迫嚴(yán)重影響植物生長、危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及糧食安全，是植物面臨最大的非生物脅迫之一。為了響應(yīng)鹽脅迫，植物在長期進(jìn)化中形成了多種適應(yīng)性機(jī)制，包括調(diào)節(jié)離子和滲透穩(wěn)態(tài)、激素信號途徑以及活性氧信號途徑等。

近年來，中國科學(xué)院昆明植物研究所吳建強(qiáng)研究團(tuán)隊在寄生植物菟絲子介導(dǎo)的寄主植物間信號傳遞研究領(lǐng)域取得了一系列進(jìn)展。菟絲子可以同時寄生鄰近的兩個甚至多個寄主植物，建立菟絲子連接的植物群體。在這個群體中，菟絲子不僅在寄主植物間轉(zhuǎn)運(yùn)mRNA、microRNA和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，還能傳遞多種脅迫信號。植物在受到某種脅迫后，通常會進(jìn)入一種啟動狀態(tài)（priming），使植物能夠?qū)罄m(xù)的脅迫做出更快速和強(qiáng)烈的反應(yīng)。吳建強(qiáng)團(tuán)隊前期研究發(fā)現(xiàn)，在菟絲子連接的兩棵黃瓜植物中，當(dāng)一棵寄主植物受到鹽脅迫時，系統(tǒng)性信號會通過菟絲子從受鹽脅迫的黃瓜傳遞到另一棵黃瓜，使其耐鹽性增強(qiáng)。然而，其具體機(jī)制還不清楚。

該團(tuán)隊繼續(xù)圍繞上述科學(xué)問題進(jìn)行了深入研究。團(tuán)隊利用CRISPR/Cas9制備了多個信號通路突變體，采用多種生理生化手段結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，在菟絲子連接的兩棵煙草植物組成的植物群體中，當(dāng)受脅迫的信號發(fā)射者植物中的獨(dú)腳金內(nèi)酯、活性氧或脫落酸途徑缺失時，與之相連的信號接收者耐鹽性會增強(qiáng)，表明這些途徑在正常情況下抑制了菟絲子介導(dǎo)的系統(tǒng)性鹽脅迫信號的傳遞。研究還發(fā)現(xiàn)獨(dú)腳金、活性氧和脫落酸途徑負(fù)調(diào)控系統(tǒng)性priming信號的作用。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)也表明，信號發(fā)射者植物中由獨(dú)腳金內(nèi)酯調(diào)節(jié)的鹽誘導(dǎo)系統(tǒng)性信號可能也會影響信號接收者植物中的活性氧和脫落酸信號通路，三者間通過復(fù)雜的互作網(wǎng)絡(luò)調(diào)控菟絲子介導(dǎo)的系統(tǒng)性信號。該研究揭示了植物激素和活性氧在菟絲子介導(dǎo)的植物間通訊中的重要調(diào)控作用，對于理解菟絲子傳遞的鹽脅迫相關(guān)系統(tǒng)性信號傳遞具有較好的理論意義。

該研究成果以Strigolactones,ROS and ABA Regulate Systemic Salt-Tolerance Priming Signals Between Dodder-Connected Tobacco Plant為題在線發(fā)表在植物學(xué)雜志Plant,Cell & Environment上，中國科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生鄭茜杰為該論文第一作者，吳建強(qiáng)研究員為通訊作者。該項目得到國家自然科學(xué)基金項目、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃重點(diǎn)項目、“云嶺學(xué)者”和“興滇英才”項目以及中國科學(xué)院西部之光計劃等項目經(jīng)費(fèi)的支持。

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圖1?信號發(fā)射植物中的獨(dú)腳金內(nèi)酯信號通路調(diào)節(jié)信號接收植物的轉(zhuǎn)錄組重構(gòu)