超过1500种蛋白被转运！吴建强组首次揭示寄生植物菟丝子与寄主间大规模蛋白质交流

来源：BioArt植物

2019年12月6日，Molecular Plant杂志在线发表了中国科学院昆明植物研究所吴建强课题组题为“Extensive inter-plant protein transfer between Cuscuta parasites and their host plants”的研究论文，报道了寄生植物菟丝子与寄主间大规模的蛋白质交流。

https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30398-3

《诗经》云：“茑与女萝，施于松柏”，描述了两种寄生植物桑寄生和菟丝子的生长状态，它们需依靠寄主松柏植物生长繁殖。菟丝子作为旋花科菟丝子属寄生植物，约200种，广泛分布于全世界暖温带。菟丝子具有特殊的形态，它们无根无叶片，只有茎，生殖生长时期能够开大量的花，产生很多种子。菟丝子种子或全草可作药用，但由于其寄生习性，菟丝子会对寄主植物产生较大危害。菟丝子利用吸器与寄主建立维管束联系，从而从寄主获得水分和营养，以维持自身的生长。目前的研究表明病毒 [1, 2]，植原体 [3] ，次生代谢产物 [4] 和RNA[5,6], 能通过维管束在菟丝子与寄主间进行长距离运输，但是寄主与菟丝子间能否进行大规模的蛋白质交流以及转运蛋白质的功能至今仍不清楚。

南方菟丝子 (Cuscuta campestris) 生长于寄主野生番茄 (Solanum pennelli)

该研究发现，寄生植物菟丝子与寄主间能进行大规模的蛋白质交流，蛋白质的种类能够达到几百种到超过1500种，而且大量的转运蛋白还能被传输和积累到菟丝子与寄主的种子中。自然界中，菟丝子经常可以将不同的寄主同时连接起来，研究发现，通过菟丝子“通道”，超过七百个蛋白质能在不同寄主间进行长距离运输。通过利用质谱信号估算，至少11.5%的蛋白质在到达受体植物后还能保持至少50%的蛋白量。此研究还利用多个报告蛋白证明，很可能多数转运蛋白质在经过长距离运输到达受体植物后仍保有其生物学功能，可能对受体植物的生长发育及抗逆性产生影响。

该研究首次揭示了寄主-寄生植物间以及通过菟丝子连接的不同寄主间能进行大规模的蛋白质交流。由于菟丝子能够寄生很多科的植物，不但同源蛋白，而且科和属特异的蛋白也能够跨科跨属直接转运至受体植物，从而可能使受体植物获得崭新的性状。本研究对了解植物间相互作用的分子机制有较重要意义，也为植物体内物质（包括信号）的长距离运输的研究提供了新视角和新的研究方法。

中国科学院昆明植物研究所的吴建强研究员为论文的通讯作者，博士研究生刘念为论文第一作者。该研究得到了中科院先导B项目、国家自然科学基金项目、中国科学院国际合作项目等经费的支持。

参考文献：

1. R. M. Hosford, Transmission of Plant Viruses by Dodder. Bot Rev 33, 387-406 (1967).

2. M. Birschwilks, S. Haupt, D. Hofius, S. Neumann, Transfer of phloem-mobile substances from the host plants to the holoparasite Cuscuta sp. J Exp Bot 57, 911-921 (2006).

3. M. Kaminska, M. Korbin, Graft and dodder transmission of phytoplasma affecting lily to experimental hosts. Acta Physiologiae Plantarum 21, 21-26 (1999).

4. J. D. Smith, M. G. Woldemariam, M. C. Mescher, G. Jander, C. M. De Moraes, Glucosinolates from host plants influence growth of the parasitic plant Cuscuta gronovii and its susceptibility to aphid feeding. Plant physiology 172, 181-197 (2016).

5. G. Kim, M. L. LeBlanc, E. K. Wafula, C. W. Depamphilis, J. H. Westwood, Genomic-scale exchange of mRNA between a parasitic plant and its hosts. Science 345, 808-811 (2014).

6. S. Shahid et al., MicroRNAs from the parasitic plant Cuscuta campestris target host messenger RNAs. Nature 553, 82-85 (2018).