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揭示麻雀挑食高粱的分子机制

2019-10-17 09:01:33  来源:中科院之声

人会挑食,鸟也会吗?

来自中国科学家的最新研究发现,麻雀对高粱也会“挑食”,科学家还就此揭晓了揭麻雀对不同高粱品种“挑食”的分子机制。

国际学术期刊《细胞》子刊《分子植物》前不久刊发这一研究成果。该成果由中国科学院遗传与发育生物学研究所研究团队与中国科学院动物研究所、清华大学等机构的科研人员合作完成。

和其他农作物不同,高粱具有耐旱涝、耐盐碱、耐贫瘠以及产量高等特性,被广泛地应用于饲料、能源和燃料中,成为世界干旱和半干旱地区的主粮作物。不过,高粱却有一个“天敌”——麻雀,后者喜食高粱,会造成高粱的减产。

据中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室研究员谢旗介绍,在作物灌浆期到成熟期,大量麻雀迁飞到农田中啄食籽粒,使籽粒破损并发霉,同时传播各种病虫害,造成不同程度的减产,有研究表明鸟害能使高粱减产超过50%。

不过,一旦麻雀挑食,结果会怎么样?

我国科学家通过大量田间观察发现,麻雀对不同的高粱种子非常“挑食”:在571份高粱自然变异群体中,其中接近46.7%的高粱种子麻雀不喜吃。

这一类似人类挑食的行为又是由什么引起的?

“之前一般认为,高粱有芒、包壳程度越高、穗型越散、种皮颜色越深、单宁含量越高越抗鸟。然而,高粱自身如何抵抗鸟害的分子机制仍不清楚。”谢旗说。

谢旗所在的中国科学院遗传与发育生物学研究所研究团队与中国科学院动物研究所、清华大学等机构的科研人员合作,通过应用宏基因组学、代谢组学、合成生物学及动物行为学等手段发现,高粱的Tannin1基因位点是抵御麻雀的关键原因。

具体来说,这个基因位点是控制高粱单宁合成的关键基因,而单宁合成途径的代谢产物,包含花青素和原花青素。科学家发现,麻雀的行为学实验证明,花青素和原花青素是影响麻雀食性行为的根本原因。因此,这个基因位点与高粱能否吸引麻雀息息相关。

此外,这个基因位点,还参与了高粱的某些香味挥发物的合成,这也是麻雀是否爱吃某种高粱的原因之一。

据谢旗介绍,植物能释放出一些有香味的挥发物,该挥发物扮演“引诱剂”的角色,来吸引蜜蜂等协助传粉;或者释放出一些有毒的物质和其前体挥发物,扮演“警戒剂”的角色,来抵御天敌的掠食。

在农田中,在高粱灌浆期之前,很少能看到麻雀,而在高粱灌浆期之后,大量麻雀迁飞至农田。科研人员猜测,这或许意味着灌浆期的高粱籽粒,也会散发出有香味的挥发物来吸引麻雀。

他们对高粱灌浆期的籽粒进行测定,发现有9种含芳香气味的挥发物,在不抗鸟的品种中出现了显著的积累,通过进一步实验,证明了两种挥发物的确可以作为“引诱剂”来吸引麻雀取食,而这些过程中,都有Tannin1基因的参与。

谢旗认为,这一研究成果为培育高粱抗鸟新品种提供了重要的基因资源,也为利用单宁设计开发新型绿色农药来防治农业鸟害,提供了全新的解决方案。

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