獅身人面像將非洲農(nóng)民從他們手中解救出來

名古屋大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種高效的選擇性分子SPL7，它可以引導(dǎo)有害寄生雜草Striga的種子自殺發(fā)芽。Striga，也被稱為女巫，已經(jīng)嚴(yán)重影響了非洲數(shù)百萬公頃的農(nóng)田，對糧食安全構(gòu)成了重大威脅。然而，控制Striga感染的有效方法仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在《科學(xué)》雜志報(bào)道的一項(xiàng)新研究中，ITbM的化學(xué)家和生物學(xué)家聚集在一起，開發(fā)了一種有前途的分子SPL7，它可以在非常低的濃度下選擇性地收縮Striga。SPL7有望減少Striga感染，并每年節(jié)省數(shù)十億美元的作物損失。

名古屋——在撒哈拉以南非洲的所有地區(qū)，紫色和粉色的花朵覆蓋著農(nóng)田。在美麗的視野中，開粉色花朵的植物通過根部寄生從作物中提取礦物質(zhì)和水分，導(dǎo)致主體在搬運(yùn)谷物之前就枯萎了。這種植物被稱為Striga hermontsica(Striga)或女巫，是一種寄生植物，原產(chǎn)于非洲，并與高粱共同進(jìn)化，成為其天然宿主。Striga長到1米高，在整個(gè)雜交過程中產(chǎn)生了5萬個(gè)微小的種子，從而在土壤中積累了高度異質(zhì)的種子。在過去的幾十年里，Striga在超過25個(gè)國家的廣闊非洲農(nóng)田中不斷擴(kuò)大其地理區(qū)域，并迅速擴(kuò)大其主要作物，包括玉米、小米、旱稻，另一種名為tef的埃塞俄比亞作物是最新的受害者。在受嚴(yán)重感染的地區(qū)，Striga種子的數(shù)量達(dá)到每平方米1.5萬粒，這足以完全消除每公頃可生產(chǎn)5噸玉米的土地的作物產(chǎn)量。在這種情況下，小農(nóng)被迫放棄他們的農(nóng)場。聯(lián)合國一直強(qiáng)調(diào)撒哈拉以南非洲的斯特里加是減輕貧困的主要威脅，因?yàn)樗磕暧绊?00億美元的經(jīng)濟(jì)和1億人。名古屋大學(xué)轉(zhuǎn)化生物分子研究所(ITbM)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種有希望對抗Striga的分子。足以完全消除每公頃可能生產(chǎn)5噸玉米的土地的作物產(chǎn)量。在這種情況下，小農(nóng)被迫放棄他們的農(nóng)場。聯(lián)合國一直強(qiáng)調(diào)撒哈拉以南非洲的斯特里加是減輕貧困的主要威脅，因?yàn)樗磕暧绊?00億美元的經(jīng)濟(jì)和1億人。名古屋大學(xué)轉(zhuǎn)化生物分子研究所(ITbM)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種有希望對抗Striga的分子。足以完全消除每公頃可能生產(chǎn)5噸玉米的土地的作物產(chǎn)量。在這種情況下，小農(nóng)被迫放棄他們的農(nóng)場。聯(lián)合國一直強(qiáng)調(diào)撒哈拉以南非洲的斯特里加是減輕貧困的主要威脅，因?yàn)樗磕暧绊?00億美元的經(jīng)濟(jì)和1億人。名古屋大學(xué)轉(zhuǎn)化生物分子研究所(ITbM)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種有希望對抗Striga的分子。聯(lián)合國一直強(qiáng)調(diào)撒哈拉以南非洲的斯特里加是減輕貧困的主要威脅，因?yàn)樗磕暧绊?00億美元的經(jīng)濟(jì)和1億人。名古屋大學(xué)轉(zhuǎn)化生物分子研究所(ITbM)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種有希望對抗Striga的分子。聯(lián)合國一直強(qiáng)調(diào)撒哈拉以南非洲的斯特里加是減輕貧困的主要威脅，因?yàn)樗磕暧绊?00億美元的經(jīng)濟(jì)和1億人。名古屋大學(xué)轉(zhuǎn)化生物分子研究所(ITbM)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種有希望對抗Striga的分子。

與普通植物不同，Striga種子在土壤中休眠了20多年。種子只有在體外感受到宿主發(fā)出的小分子激素strigolactone (SL)后才會萌發(fā)。種子發(fā)芽后，必須立即寄生在寄主身上。否則，發(fā)芽的種子會耗盡儲存在微小種子中的營養(yǎng)，并在4天內(nèi)枯萎。這一屬性促使研究人員開發(fā)了SL樣分子作為自殺萌發(fā)的誘導(dǎo)劑，在種植作物種子之前清除土壤中存活的Striga種子。然而，這種方法需要開發(fā)有效且容易獲得的化合物，這些化合物僅作用于Striga，不會阻礙正常的作物發(fā)育。比如SLs也是吸引根系共生的叢枝菌根真菌(AM真菌)的化學(xué)信號，為宿主植物提供營養(yǎng)。

SL的分子結(jié)構(gòu)由與D環(huán)相連的ABC環(huán)組成。當(dāng)SL進(jìn)入SL受體蛋白的口袋時(shí)，SL在接頭位點(diǎn)分解。人們總是認(rèn)為D環(huán)的結(jié)構(gòu)很重要，因?yàn)樗粼诳诖锛せ钍荏w，導(dǎo)致Striga種子發(fā)芽。另一方面，ABC的修飾導(dǎo)致了可變SL樣分子的發(fā)展。然而，提供Striga選擇性的確切結(jié)構(gòu)仍然未知。Tsuchiya Yuichiro帶領(lǐng)的ITbM植物生物學(xué)團(tuán)隊(duì)開始尋找由12000個(gè)具有隨機(jī)結(jié)構(gòu)的合成分子組成的Striga選擇性分子，并能夠識別出Striga的一系列受體，Striga是一種與SL結(jié)合的hit化合物(以一種叫做SAM690的分子為代表)。

這項(xiàng)研究繼續(xù)發(fā)現(xiàn)了在hit分子合成過程中意外發(fā)現(xiàn)的高活性副產(chǎn)物。由景島樂浦口和高石歐伊領(lǐng)導(dǎo)的化學(xué)小組從SAM化合物的粗混合物中分離出少量(0.01%)副產(chǎn)物，并將其鑒定為SAM690和SL的D環(huán)成分的混合物。優(yōu)化后的分子命名為蝶內(nèi)酯-7(SPL7)，在10-15 M范圍內(nèi)刺激Striga的萌發(fā)，但僅與Striga中的SL受體結(jié)合。功效與天然strigolactone 5-脫氧三醇(5DS)相當(dāng)，這是所有市售化合物中對Striga最強(qiáng)的發(fā)芽刺激劑。以獅身人面像的神秘生物(獅頭和人體)命名，

正如Striga中選擇性結(jié)合SL受體所預(yù)期的那樣，SPL7在擬南芥中沒有顯示出典型的SL活性，例如枝條數(shù)量的減少或根毛的伸長。不僅對擬南芥，而且SPL7似乎對AM-真菌的生長具有有限的影響，AM真菌是農(nóng)學(xué)上重要的微生物。最后，研究小組證實(shí)，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，SPL7確實(shí)誘導(dǎo)了Striga的自殺萌發(fā)并保護(hù)了玉米植物免受Striga寄生?？傊?，該團(tuán)隊(duì)已證明SPL7至少在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中是一種有效的Striga選擇性自殺萌發(fā)刺激劑。

ITbM的研究團(tuán)隊(duì)正計(jì)劃將這一發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展到肯尼亞的SPL7現(xiàn)場試驗(yàn)。