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      農(nóng)業(yè)寄生蟲控制寄主植物的基因

      Dodder是一種寄生植物,每年對(duì)美國(guó)和世界范圍內(nèi)的作物造成嚴(yán)重破壞,可以使宿主植物中的基因表達(dá)沉默,從中獲得水分和養(yǎng)分。這種跨物種基因調(diào)控,包括有助于寄主植物防御寄生蟲的基因,從未在寄生植物中看到過。了解該系統(tǒng)可以為研究人員提供一種方法來設(shè)計(jì)植物對(duì)寄生蟲的抵抗力。描述包括賓夕法尼亞州立大學(xué)和弗吉尼亞理工大學(xué)科學(xué)家在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)研究的論文將于2018年1月4日發(fā)表在“自然”雜志上。

      農(nóng)業(yè)寄生蟲控制寄主植物的基因

      賓夕法尼亞州立大學(xué)生物學(xué)教授,該論文的作者M(jìn)ichael J. Axtell說:“D絲子是一種專性寄生蟲,意味著它不能獨(dú)立生存。”“與通過光合作用獲得能量的大多數(shù)植物不同,d絲子通過使用稱為haustoria的結(jié)構(gòu)將自身連接到宿主血管系統(tǒng)來吸走水和來自其他植物的營(yíng)養(yǎng)物。我們能夠證明,除了從飼料中流入d絲子的營(yíng)養(yǎng)素之外。宿主植物通過haustoria,dodder將microRNA傳遞到宿主植物中,以非常直接的方式調(diào)節(jié)宿主基因的表達(dá)。“

      微小RNA是非常短的核酸 - DNA和RNA的材料 - 可以與編碼蛋白質(zhì)的信使RNA結(jié)合。microRNA與信使RNA的結(jié)合阻止了蛋白質(zhì)的產(chǎn)生,無論是通過直接阻斷該過程還是通過觸發(fā)將信使RNA切割成較小片段的其他蛋白質(zhì)。重要的是,信使RNA的小殘余物可以像其他microRNA一樣起作用,與信使RNA的其他拷貝結(jié)合,引起進(jìn)一步的基因沉默。

      弗吉尼亞理工大學(xué)的植物病理學(xué),生理學(xué)和雜草科學(xué)教授,該論文的另一位作者詹姆斯·韋斯特伍德說:“當(dāng)它與宿主植物接觸時(shí),Dodder似乎開啟了這些microRNA的表達(dá)。”“真正有趣的是,microRNA特異性地靶向參與植物防御寄生蟲的宿主基因。”

      當(dāng)植物受到寄生蟲的攻擊時(shí),它會(huì)啟動(dòng)許多防御機(jī)制。在這些機(jī)制中的一種,類似于切割后的血液凝固,植物產(chǎn)生一種蛋白質(zhì),其將營(yíng)養(yǎng)物流凝結(jié)到寄生蟲的部位。來自d絲子的microRNA靶向編碼該蛋白質(zhì)的信使RNA,然后有助于維持寄生蟲的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)自由流動(dòng)。編碼這種凝固蛋白的基因在許多植物物種中具有非常相似的序列,并且研究人員表明,來自d絲子的microRNA靶向基因序列的區(qū)域,這些區(qū)域是植物中最高度保守的。因此,d絲子可能使這種凝結(jié)蛋白沉默,從而寄生在各種各樣的植物物種中。

      研究人員對(duì)單獨(dú)寄生蟲,單獨(dú)寄主植物和兩者的組合的組織中的所有microRNA進(jìn)行了測(cè)序。通過比較來自這三個(gè)來源的測(cè)序數(shù)據(jù),他們能夠識(shí)別來自進(jìn)入植物組織的d絲子的microRNA。然后,他們測(cè)量了d絲子microRNA靶向的基因的信使RNA的量,并且當(dāng)存在d絲子microRNA時(shí),他們發(fā)現(xiàn)來自宿主的信使RNA水平降低。

      “除了之前真菌和植物之間小RNA交換的例子,我們的結(jié)果意味著這種跨物種基因調(diào)控可能在其他植物 - 寄生蟲相互作用中更為普遍,”Axtell說。“因此,有了這些知識(shí),我們的夢(mèng)想就是我們最終可以使用基因編輯技術(shù)來編輯宿主植物中的microRNA靶位點(diǎn),防止microRNA結(jié)合并沉默這些基因。以這種方式對(duì)寄生蟲進(jìn)行工程抗性可以減少寄生蟲對(duì)農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)影響。“

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