植物

菟丝子的基因组密码

在自然界中，绝大部分植物都是通过叶片的光合作用、根部吸收水分及养分维持生存，这些植物被称作"自养植物"。寄生植物则是通过叫作"吸器"的器官从自养植物上获取养分。人们常会看到一些淡黄色或绿色的藤状、没有叶片和根的植物，缠绕在自养植物上，这就是寄生植物中常见的"菟丝子"。近期，用一年半时间成功破译了南方菟丝子的全基因组密码，揭开了寄生植物起源和演化的"身世"。菟丝子属植物与番薯属植物是近亲，它们共同的祖先生活在约3300万年前，之后菟丝子开始快速进化，并经历了剧烈的基因丢失事件。自养植物中约11.7%的基因在菟丝子基因组中全都不见了。这些丢失的基因大多与光合作用、根和叶的功能发育等相关。有趣的是，南方菟丝子还丢失了重要的开花决定基因。这很可能与菟丝子根和叶片的退化相关。此外，团队还找到了一系列可能与南方菟丝子"吸器"功能和发育相关的基因。这项成果为学界了解寄生植物的演化及生理生态提供了重要基础。（Nature Communications 2018，9:2683）

植物病毒与宿主细胞间博弈的新机制

病毒导致的病害在全世界范围内造成严重的农业生产损失，并成为粮食安全的致命威胁。植物病毒侵染植物细胞并攻击细胞内部组分以便自身复制和传播，最终导致病害发生。然而，植物细胞已经"学会"了侦查病毒入侵，并通过激发免疫反应来抵抗病毒的侵染。植物抵抗病毒侵染的主要免疫反应机制是RNA interference(RNAi)，这种机制可以阻断病毒蛋白复制，从而影响病毒侵染的进程。RNAi依赖于小RNA的产生，这些小RNA中含有病毒基因序列的信息，而这些信息可以用促使植物体内的防御系统抵抗病毒的攻击。RNAi最显著的特征之一是可传递性：小RNA可以在细胞之间移动，借此在机体中传递病毒入侵的警报。小RNA的移动对病毒侵染的防御机制极为关键，因为这使远距离未被侵染的细胞提前进入警戒状态并在病毒到来之前做好防御准备。小RNA迁移的生物学意义与植物病毒侵染防御机制联系密切，但小RNA在细胞间移动的具体机制仍不清楚。近期，研究者发现，在植物病毒与宿主细胞的博弈之战中，调控植物生长发育的受体蛋白BAM1可以促进细胞之间RNAi的扩散。BAM1蛋白在细胞中定位于细胞膜和胞间连丝中。胞间连丝是临近细胞间连接的通道，并可能有助于小RNA携带的信息传播。然而，作为演化过程中宿主和病原菌共同进化的结果，如果一个宿主蛋白在免疫反应中作用突出，致病病原菌也必须不断进化来对抗宿主蛋白的效力。此外，该研究还发现了名为C4的病毒蛋白可以与BAM1结合，C4可以干扰RNAi细胞间的传播。该研究为更深入研究RNAi细胞之间的传播机制奠定了基础，并为通过生物工程提高农作物抗病性提供了新思路。（PNAS 2018,https://doi.org/10.1073/pnas.1715556115）