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利用寄生虫可取得农业干细胞研究突破
日期:2017-08-01 作者:编译:龚晶 来源:农科智库 点击:
     线虫类农作物寄生虫是一种没有根本解决措施的害虫,需要开发具有抗性的作物品种或杀虫剂来应对。这种寄生性害虫会导致农作物根部出现瘤状突起,且能减弱农作物吸收养分的能力。一旦此类虫害发生,农作物就会显著减产,甚至会最终死亡,而且,几年内受灾农田无法再种植作物。近年来,线虫危害已经蔓延至全世界。
    日本熊本大学(Kumamoto University)的研究人员与西班牙卡斯蒂利亚拉曼查大学(Universidad de Castilla-La Mancha)合作,对遭受寄生线虫危害的植物进行了反应分析,结果发现其干细胞被激活以形成根瘤(galls)。换句话说,研究人员发现寄生线虫能够有效操控植物干细胞来在根部制造其卵囊。未来,上述发现将有助于通过改良作物品种来减少线虫危害。
背景:线虫的危害
    土壤中生活着很多微生物,植物往往会跟它们形成互动。然而,有些微生物,如寄生线虫,会对作物构成严重伤害。当线虫入侵或感染后,植物根部就会形成一个圆形囊瘤。接下来,线虫会通过囊瘤从植物中吸取营养,从而生长发育并产卵繁殖。直至目前,科学家仍对植物在感染线虫后长出囊瘤的原因知之甚少。
假设:干细胞操控
    研究人员使用拟南芥开展了一项实验,以分析其遭遇线虫危害后的反应。尽管拟南芥的根系非常小且难以评估,研究人员还是成功得出了精确结论。他们利用下一代测序仪获得了大量的遗传数据,并进行了多项统计分析。最终,研究人员发现,线虫入侵后,植物干细胞一反常态被激活了。虽然许多高等植物在木质部(xylem)和韧皮部(phloem)细胞之间的边界处存在少量干细胞,但这些干细胞的活性通常被严格控制。然而,当干细胞开始脱离控制时,就会形成类似肿瘤状的异常组织,而植物则因此无法再保持正常形态。通过对囊瘤的分析,研究人员发现,干细胞的活性控制在正常条件下应当保持精确,而在被寄生虫感染时却表现出失控状态。换句话说,线虫操控了植物干细胞以建立它们的卵囊。
验证:干细胞的视觉验证
    为了验证他们的假设,研究人员将干细胞染成蓝色,并在线虫感染开始前观察植物,直到产生囊瘤。蓝色印记显示干细胞随着根的生长而扩散。这就证明,线虫掌控了植物干细胞机制,并据此建立他们的巢囊。
未来:从农田到花园
    该研究揭示出寄生线虫能够劫持植物干细胞。而上述发现对于农业具有重要意义,因为在弄清干细胞的反应机制后,培育改良的作物品种成为可能。例如,植物干细胞的一个切合实际的应用就是,目前在日本草莓、芦笋、兰花和仙客来(cyclamen)等作物上,研究人员已经开始用强壮植株的干细胞在试管内培育新品种。然而,用于诱导干细胞形成的技术仍难以掌握,因而实际使用这些方法的作物还不是很多。(来源:熊本大学网站  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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