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菟丝子与寄主间蛋白质运输研究取得进展开码现
更新时间:2020-01-25

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。/ 更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、开码现场。科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  在自然界中约有4000-5000种寄生植物,大约占所有被子植物的1%。旋花科菟丝子属的菟丝子植物是典型的全寄生植物,约有200个种,它的根和叶片退化,有些完全没有光合能力,有的仍然保留了极其微弱的光合作用,必须依靠寄主才能存活。菟丝子可将自己的茎缠绕在寄主的茎上,并产生吸器侵入到寄主的茎内,并将自己的木质部与寄主的木质部相连,韧皮部与寄主的韧皮部相连,从而与寄主建立维管束的联系。目前的研究表明菟丝子能通过这种维管束通道从寄主获得水分和营养等生长所需物质,同时一些大分子物质,例如病毒、植原体、RNA以及次生代谢产物也能通过这种维管束的连接,在寄主与菟丝子间进行交流,但是目前对于菟丝子与寄主间转运蛋白的研究还十分缺乏。

  近日,中国科学院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队吴建强课题组报道了寄生植物菟丝子与寄主间大规模的蛋白质交流。寄主和菟丝子的蛋白质组测序结果显示,几百种到超过1500种的蛋白质能在寄主和菟丝子间进行交流,而且上百个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,不同寄主间超过七百个蛋白质能通过菟丝子“通道”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,且可能对受体植物的生长发育及抗逆性产生影响。

  该研究首次证明了植物-植物间能进行大规模的蛋白质交流。由于菟丝子能够同时寄生不同科属的植物,因此同源蛋白以及某些科和属特异的蛋白能够跨科跨属直接转运,从而可能使受体植物获得崭新的性状。该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方法。

  图2.五种不同大小的融合蛋白eGFP-GUS、GUS、LUC、eGFP、AOS-FLAG可从拟南芥转运到菟丝子茎中。

  在自然界中约有4000-5000种寄生植物,大约占所有被子植物的1%。旋花科菟丝子属的菟丝子植物是典型的全寄生植物,约有200个种,它的根和叶片退化,有些完全没有光合能力,有的仍然保留了极其微弱的光合作用,必须依靠寄主才能存活。菟丝子可将自己的茎缠绕在寄主的茎上,并产生吸器侵入到寄主的茎内,并将自己的木质部与寄主的木质部相连,韧皮部与寄主的韧皮部相连,从而与寄主建立维管束的联系。目前的研究表明菟丝子能通过这种维管束通道从寄主获得水分和营养等生长所需物质,同时一些大分子物质,例如病毒、植原体、RNA以及次生代谢产物也能通过这种维管束的连接,在寄主与菟丝子间进行交流,但是目前对于菟丝子与寄主间转运蛋白的研究还十分缺乏。

  近日,中国科学院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队吴建强课题组报道了寄生植物菟丝子与寄主间大规模的蛋白质交流。寄主和菟丝子的蛋白质组测序结果显示,几百种到超过1500种的蛋白质能在寄主和菟丝子间进行交流,而且上百个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,不同寄主间超过七百个蛋白质能通过菟丝子“通道”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,且可能对受体植物的生长发育及抗逆性产生影响。

  该研究首次证明了植物-植物间能进行大规模的蛋白质交流。由于菟丝子能够同时寄生不同科属的植物,因此同源蛋白以及某些科和属特异的蛋白能够跨科跨属直接转运,从而可能使受体植物获得崭新的性状。该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方法。

  该研究成果于12月5日以Extensive inter-plant protein transfer between Cuscuta parasites and their host plants 为题在Molecular Plant 杂志上在线发表。吴建强为论文的通讯作者,博士研究生刘念为论文第一作者。该研究得到中科院先导B项目、国家自然科学基金项目、中科院国际合作项目等的支持。

  图1. 南方菟丝子(Cuscuta campestris)生长于寄主野生番茄(Solanum pennelli)上。

  图2. 五种不同大小的融合蛋白eGFP-GUS、GUS、LUC、eGFP、AOS-FLAG可从拟南芥转运到菟丝子茎中。


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