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植物界“人上人”:宿主养着还得帮它开花

2021-11-25浩海云

奥秘 2021年11期
关键词:花素菟丝子宿主

浩海云

俗话说得好,“没有困难的工作,只有勇敢的打工人!”这句话在植物圈子里依然适用。没有叶子没有根,不能进行光合作用的菟丝子虽然听起来惨兮兮的,但是它却能让每个宿主为自己“勇敢地打工”。

菟丝子属于旋花科菟丝子属植物,约有200个种,我们常吃的红薯就是它们的近亲。它们是一种非常典型的全寄生植物,也就是需要从寄主那儿获得大部分或者是全部的养分。它们在进化中逐渐表现出“不想努力了”的情绪,所以长久以来叶片和根完全退化,连赖以生存的光合作用也放弃了。

不过取而代之的是更厉害的武器:吸器。菟丝子一旦发现了猎物,便会用仅有的茎紧紧地缠住寄主。接触部位会生出牢固的吸器,吸器深入寄主的组织内部,一直连到木质部和韧皮部,与宿主建立维管束的联系,也就是跟人家长一块儿去了。

这样菟丝子就可以轻松地截取猎物的水分和营养了。只是可怜了人家寄主,本来自给自足的生活过得好好的,突然间多打了一份工,还不能罢工,只能选择做个“打工人”。所以有许多植物因“劳累过度”而死于菟丝子的绞杀之下。

不过,白白给菟丝子供吃供喝还不算什么,寄主还得“帮”它开花。真是“狡菟”啊,连作为一个植物最基本的开花项目都“外包”了。

菟丝子的花

開花是植物繁衍后代的一个重要过程,对于绝大多数的植物来说,除了必要营养物质之外,对水分、光照、温度等条件都有严格的要求。而感知这些外在条件的重要器官是叶片,但没有叶片的菟丝子却能开花,一直让许多人疑惑。

中科院昆明植物研究所的吴建强研究团队利用了遗传学和分子生物学技术,终于揭示了菟丝子的开花机制,也就是前面所说的“外包式”开花。这是咋回事呢?

早在20世纪50年代,就有研究者发现菟丝子这玩意儿的神奇之处,它们在不同的条件下总是能和寄主保持在同一时间开花。这与吴建强团队前期的研究结果匹配:前期研究发现菟丝子的基因组确实丢失了跟开花相关的关键基因。

自己没有开花的基因了,但是得繁殖,怎么办呢?反正都已经靠寄主活着了,再靠它开个花延续物种不过分吧。于是菟丝子还真就这么干了。

大多数植物都有一种被称为花素的蛋白,由FT基因编码。花素就相当于一个传话筒,从叶片一路长跑到顶端分身组织,告诉它你可以开花了。收到花素的信号和诱导后,植物就会开始开花的过程。而菟丝子正好就缺少这个基因的表达。

于是机智的菟丝子掐指一算,你的就是我的!于是就开始“监视”寄主体内的FT蛋白。这样一来,寄主一旦准备启动开花程序,就会产生FT蛋白,当它移动到菟丝子那儿时,菟丝子就会知道“宿主要开花了”的信号。

同时FT蛋白也会启动菟丝子中下游开花基因的表达,使菟丝子开花。这样一来,菟丝子就能保持与自己宿主神同步的开花节奏,避免开早了浪费,开晚了完蛋的命运。

菟丝子作为一种寄生植物,却能把宿主利用得如此完美,只能大呼:菟丝子真是植物界“人上人”!

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