自然界中,绝大部分植物通过光合作用自养生活,而有一类植物则需要全部或部分依赖于其它植物获得营养和水分,这类植物被称作寄生植物,菟丝子是其中典型的代表之一。
目前,对菟丝子和寄主之间的物质和信号转运研究已经有了一些进展。但是,在菟丝子与寄主组成的这个生态系统中,当昆虫取食菟丝子时,昆虫与菟丝子以及寄主植物三者之间又发生了什么样的联系?
我国科学家近日在英文期刊《植物多样性》上发表的一篇题为“桃蚜、菟丝子寄生虫和黄瓜寄主植物间的种间跨界交流转移”的研究成果,刷新了人们的认知。
mRNA即“信使核糖核酸”,是一大类核糖核酸分子,它将遗传信息从脱氧核糖核酸传递到核糖体,在那里作为蛋白质合成模板,并决定基因表达蛋白产物肽链的氨基酸序列。
目前,约有4500种寄生植物被发现,大约占有花植物的1%。寄生植物通过一种特殊的器官——吸器与寄主建立维管束的连接,以获取无机盐、水分和营养物质等。此外,寄主中的次生代谢产物、mRNA、蛋白质甚至病毒和类病毒等物质也可转运到寄生植物中。
菟丝子是旋花科菟丝子属的一年生或多年生专性茎寄生植物,萌发后必须寄生在寄主身上才能生活。菟丝子通过吸器与寄主的维管组织连接形成物质交流的通道。已有转录组学研究表明,菟丝子和寄主在没有任何生物或者非生物胁迫的状态下已经存在着上千个mRNA的交流,而且转运的mRNA可能作为一种长距离运输的信号发挥生物学功能。
桃蚜是一种广食性的蚜虫,据相关文献显示,其寄主植物可多达74科285种,其生活周期短、繁殖量大,除刺吸植物体内汁液,还可分泌蜜露,引起煤污病,影响植物正常生长;更重要的是,它能传播多种植物病毒,如黄瓜花叶病毒、马铃薯Y病毒和烟草蚀纹病毒等,是果蔬栽培的主要害虫。
“桃蚜对农业生产有重大威胁,同时也是为数不多的可以取食菟丝子的刺吸式昆虫之一,而且相对于菟丝子的寄主来说,桃蚜更喜欢取食菟丝子。”中国科学院昆明植物研究所吴建强研究员介绍说,此前的研究表明,桃蚜在取食过程中,通过口器不但取食寄主植物韧皮部汁液,并且也向植物体内转运多种蛋白、mRNA及病毒等大分子。
目前,在菟丝子和寄主两者之间的物质和信号转运研究较。