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PNAS:南方菟丝子通过寄主植物的FT来促进开花,从而保持与寄主植物的生殖同步

已有 2343 次阅读 2020-9-2 08:10 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Cuscuta australis (dodder) parasite eavesdrops on the host plants’ FT signals to flower

第一作者Guojing Shen

第一单位中科院昆明植物研究所

通讯作者Jianqiang Wu 


 Abstract 


背景回顾Many plants use environmental cues, including seasonal changes of day length (photoperiod), to control their flowering time. Under inductive conditions, FLOWERING LOCUS T (FT) protein is synthesized in leaves, and FT protein is a mobile signal, which is able to travel to the shoot apex to induce flowering.


研究对象Dodders (Cuscuta, Convolvulaceae) are root- and leafless plants that parasitize a large number of autotrophic plant species with varying flowering time.


发现问题:Remarkably, some dodder species, e.g., Cuscuta australis, are able to synchronize their flowering with the flowering of their hosts.


结果1-序列和表达分析:Detailed sequence inspection and expression analysis indicated that the FTgene in dodder C. australis very likely does not function in activating flowering.


结果2-遗传试验:Using soybean host plants cultivated under inductive and noninductive photoperiod conditions and soybean and tobacco host plants, in which FT was overexpressed and knocked out, respectively, we show that FT-induced flowering of the host is likely required for both host and parasite flowering.


结果3-生化试验Biochemical analysis revealed that host-synthesized FT signals are able to move into dodder stems, where they physically interact with a dodder FD transcription factor to activate dodder flowering.


结论:This study demonstrates that FTs can function as an important interplant flowering signal in host–dodder interactions. The unique means of flowering regulation of dodder illustrates how regressive evolution, commonly found in parasites, may facilitate the physiological synchronization of parasite and host, here allowing the C. australis parasite to time reproduction exactly with that of their hosts, likely optimizing parasite fitness.


 摘  要 


很多植物通过利用日长的季节性变化等环境条件来控制其开花时间。在诱导性条件下,FT蛋白在叶片中合成,然后转移到茎尖诱导开花。旋花科的菟丝子属植物是无根、无叶植物,可以寄生很多自养植物,并且开花时间变异较大。其中一类菟丝子植物Cuscuta australis(南方菟丝子)甚至可以与其寄主植物同步开花。南方菟丝子的FT基因序列和表达分析显示其可能并不作用于促进开花。利用生长在开花诱导和非诱导光周期下的大豆寄主植物以及FT基因过表达的大豆和FT基因敲除的烟草作为寄主植物,作者发现寄主植物中FT诱导的开花对于寄主和寄生植物的开花都是必需的。进一步的生物化学分析显示寄主植物合成的FT信号能够移动到菟丝子的茎中,进而与菟丝子的一个FD转录因子互作,从而促进菟丝子开花。本文的研究揭示了FTs在寄主植物与菟丝子的互作过程中,作为一个非常重要的植物间开花信号发挥功能。菟丝子植物中多发现的这种独特的开花方式为我们揭示了寄生植物中常见的逆行演化如何促进寄生与寄主植物之间的生理同步,而本文中南方菟丝子通过与寄主植物的开花时间同步来保证生殖同步,从而最大化寄生适应性。(p.s. 菟丝子提前开花会导致菟丝子的营养生长提前结束,种子产量减少;而菟丝子延迟开花会导致菟丝子在生殖生长以及后期的种子发育阶段从寄主植物吸收的营养变少,甚至有的情况下寄主植物已经完成生殖阶段进入死亡,而菟丝子的种子还未完全发育。因此,菟丝子与寄主植物保持生殖同步是最大化生殖成功的最佳途径)


 通讯作者 


**吴建强**


个人简介:

1991-1995年,大连理工大学化工学院,学士;

1995-1998年,中科院大连化学物理研究所,硕士;

2001-2007年,德国马普化学生态学研究所,博士。


研究方向:

重要农作物玉米抗虫分子机理研究;

植物与寄生植物的相互作用。


doi: 10.1073/pnas.2009445117


Journal: PNAS

First Published: Augus 31, 2020



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