中國網/中國發展門戶網訊 中國科學院遺傳與發育生物學研究所科研團隊與中國農業大學、先正達集團中國以及崖州灣國家實驗室等多家單位合作，在“作物抗寄生植物研究”方面取得具有里程碑意義的重大突破，首次從高粱中發現兩個獨腳金內酯外排轉運蛋白SbSLT1和SbSLT2，并揭示了二者與高粱獨腳金抗性的關系。研究發現敲除這兩個基因后，高粱對獨腳金（一種寄生植物）的抗性顯著提高。這一發現為培育抗獨腳金寄生的高粱品種提供了重要的理論依據和基因資源，進一步通過AI預測和分子及細胞生物學等方法，發現作物該類外排轉運蛋白的保守關鍵氨基酸位點及其廣泛的抗寄生應用前景。相關研究于2025年2月12日發表于國際學術期刊《Cell》。

圖為封面插圖。在插圖中，左側顯示了野生型（WT）高粱釋放 SL，觸發獨腳金的萌發和感染，導致產量下降。"Striga" 在拉丁語中意為“女巫”，插圖中的幽靈象征其對作物的危害。右側展示了 SbSLT1/2 基因敲除的高粱表現出強大的獨腳金抗性。

與人類寄生蟲對我們健康的沖擊類似，寄生植物對作物和糧食也是毀滅性的打擊。寄生植物通過特殊的結構（如吸器）侵入寄主植物的組織，從中吸取所需的營養物質，影響作物正常生長。因此，寄生植物對農業生產和生態系統有著重要的影響，尤其是獨腳金屬和列當屬寄生植物對農作物造成嚴重危害。獨腳金屬主要寄生高粱、玉米、谷子等單子葉作物，嚴重制約非洲、亞洲和部分熱帶地區糧食生產。獨腳金拉丁名“Striga”意為女巫，獨腳金在部分地區因其寄生特性而被賦予‘女巫草’的別名，在我國廣東、廣西、貴州、云南和海南地區亦有分布。據Science雜志報道，獨腳金與小麥稈銹病、馬鈴薯晚疫病、香蕉葉斑病、大豆銹病、稻瘟病以及木薯棕色條紋病毒并列為世界七大農作物危害之一。而列當屬是主要影響重要的蔬菜作物如番茄、馬鈴薯以及油料作物如向日葵等。在我國內蒙古等地區，列當對向日葵和番茄的寄生危害尤為嚴重，常導致減產絕收。菟絲子屬也是一種常見的寄生植物，其主要宿主為大豆、番茄、辣椒以及苜蓿等，菟絲子可以成片生長對宿主造成嚴重危害。這些寄生植物每年在全球造成經濟損失高達100億美元-120億美元。

從另外一方面來說寄生植物獨角金、菟絲子、肉蓯蓉和鎖陽是一類在傳統中醫藥中廣泛使用的藥材，被收錄于《本草綱目》等經典中醫藥文獻中。

獨腳金的寄生過程極為隱蔽且難以防治。其種子在土壤中可以休眠超過20年，一旦感知到寄主植物釋放的獨腳金內酯（Strigolactones, SLs），便會迅速萌發并侵入寄主植物的根部，建立寄生關系。傳統的防治方法如化學藥劑、輪作和土壤改良等效果有限，且成本高昂。因此，培育抗獨腳金寄生的作物品種成為解決這一問題的關鍵。

SbSLT1和SbSLT2基因的發現與作用機制

中國科學院遺傳與發育生物學研究所、玉米等作物種質創新及分子育種全國重點實驗室主任謝旗研究員、中國農業大學于菲菲教授和中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員、崖州灣國家實驗室主任李家洋院士領銜的科研團隊與合作者通過原創性解析缺磷條件下獨腳金易萌發寄生的生理過程，發現缺磷促進高粱SLs外排的現象，基于原創的基因挖掘技術結合大數據分析和相關分子及細胞生物學技術，首次鑒定出高粱中兩個關鍵的SL外排轉運蛋白（命名為SbSLT1和SbSLT2）。研究發現，這兩個基因在高粱與獨腳金的種子萌發和生長中起著重要作用。敲除這兩個基因后，獨腳金種子的萌發顯著降低。

SbSLT1和SbSLT2機制的應用和前景

在田間實驗中，研究團隊在獨腳金高發地區進行了田間小區試驗，結果表明， 敲除SbSLT1和SbSLT2基因的高粱品種對獨腳金的抗性顯著增強，寄生率降低了67%-94%，同時高粱的產量損失減少了49%-52%。這一成果為培育抗獨腳金寄生的高粱品種提供了重要的基因資源和技術支持。

研究團隊進一步揭示了SbSLT1和SbSLT2基因的作用機制。敲除SbSLT1和SbSLT2這兩個基因后，SLs的外排受到抑制，導致獨腳金無法正常萌發和寄生高粱，從而顯著提高了高粱的抗寄生能力。進一步通過AI模擬預測SbSLT1和SbSLT2上形成SL轉運通道的關鍵氨基酸苯丙氨酸位點，發現該位點在所有重要作物轉運通道同源蛋白中都存在，玉米ZmSLT1和ZmSLT2的SL外排功能已被證實，證明SL轉運機制可能存在保守性，并為重要作物抗寄生提供了具有廣泛應用前景的解決方案。

研究團隊表示，該發現和功能解析為作物抗獨腳金寄生育種提供了新的思路和工具，具有重要的理論和應用價值，有望為寄生植物危害較為嚴重的地區（如部分亞洲和非洲國家）糧食安全做出重要貢獻。未來，聯合研究團隊將進一步驗證相關基因在其他重要作物中的作用并推動抗獨腳金寄生作物的產業化。