科学家揭示了植物糖的分布和生理作用

大阪、日本独脚金(Striga spp.)和扫帚菜(Orobanche和phelipanche spp.)是根寄生杂草，对全球农业造成重大损失。作为自然界中专性的寄生开花植物，它们寄生于其他具有重要农业意义的自养植物。植物通过吸器附着在寄主上，将寄主的营养物质转移给寄主。杂草通过争夺资源(营养物质、水分和光合有效辐射)和化感作用降低作物产量，并降低食物、饲料和纤维质量。

根据克里斯·帕克的评论;根据严格的抽样，目前还没有受奥洛毕奇或斯特里加影响的总面积的可靠全球数字。然而，在地中海和西亚地区，估计有1600万公顷的土地“面临”Orobanche的攻击。非洲Striga的相应数字为4400万公顷，而玉米、珍珠谷子和高粱的总收入损失近29亿美元。最近的数据显示，非洲有5000万公顷土地和3亿农民受到Striga物种的影响，损失达70亿美元。

寄生杂草是专性寄生虫，很难控制。一种潜在的控制方法是使用针对根寄生杂草的生长调节剂。了解根系寄生杂草生命周期中的生理机制对于识别特定的生长调节剂靶标至关重要。

植物糖(一种贮藏碳水化合物)的代谢是一个可能的目标，以控制根系寄生杂草。在之前的一项研究中，冈泽敦副教授和他的合作者揭示了在Orobanche小种种子萌发过程中感知独角金内酯(一种刺激植物分枝和共生丛枝菌根真菌生长的植物激素)后，植物糖代谢被激活。野尻霉素(Nojirimycin， α-糖苷酶抑制剂)抑制植物糖代谢，抑制Orobanche种子萌发，表明植物糖代谢可能是防治根际寄生杂草的靶点。

在最近的一项研究中，来自大阪府立大学的科学家团队研究了小Orobanche种子萌发过程中的α-半乳糖苷酶(AGALs)活性。他们还利用基质辅助激光解吸/电离质谱成像技术研究了干种子中植物糖的分布。

在胚胎周围的组织中发现了植物糖，但在胚胎内部却没有发现，这表明植物糖可能有储存碳水化合物的作用。α-半乳糖苷酶家族成员OmAGAL2的生化实验和分子鉴定表明，该酶在独脚金内酯被感知后，参与胚外体中植物糖的水解，为胚萌发提供必要的己糖。上述结果表明，OmAGAL2是一种潜在的防治根系寄生杂草的分子靶点。

获得的两个片段离子的质谱图像几乎相同，表明这些片段离子都来自一个单一的来源，植物糖。作者还提供了直观的证明，植物糖分布在Orobanche的干种子的胚乳、外胚乳和种皮中(图1)，这与它作为贮藏碳水化合物的作用相吻合。

综上所述，本研究的发现说明:(1)植物糖分布在Orobanche小型干种子中，其生理作用难以确定;(2)在根寄生杂草种子萌发过程中，植物糖在感知独脚金内酯(SLs)后迅速水解;胚乳、外胚乳和种皮在根寄生杂草中起着营养供应的作用。

此外，本研究的新颖之处在于:这是第一次，作者可视化了一种根寄生杂草种子中储存的碳水化合物(植物糖)的分布。