江蘇鐳射聯盟導讀：
科學家揭示了植物糖的分佈和生理作用。
獨腳金（Striga spp.）和帚狀油菜（Orobanche和Phelipanche spp.）是根寄生雜草，給全球農業造成重大損失。作為自然界的專性寄生開花植物，它們寄生於其他具有重要農業意義的自養植物。這些植物透過吸器與宿主相連，吸器將營養物質從宿主轉移到寄生蟲身上。雜草透過競爭資源（養分、水分和光合有效輻射）和化感作用降低作物產量，並降低食物、飼料和纖維質量。
乾製歐氏小種子中植物糖的視覺化。亮野種子切片圖(左);前體離子m/z 526.17的質量影象(右)。
根據嚴格的抽樣，目前還沒有受Orobanche或Striga加影響的總面積的可靠全球數字。然而，在地中海和西亞地區，估計有1600萬公頃的土地“面臨”Orobanche的攻擊。非洲Striga的相應數字為4400萬公頃，而玉米、珍珠穀子和高粱的總收入損失近29億美元。最近的資料顯示，非洲有5000萬公頃土地和3億農民受到Striga物種的影響，損失達70億美元。
寄生雜草是專性寄生蟲，很難控制。一種潛在的控制方法是使用針對根寄生雜草的生長調節劑。瞭解根系寄生雜草生命週期中的生理機制對於識別特定的生長調節劑靶標至關重要。
植物糖(一種貯藏碳水化合物)的代謝是一個可能的目標，以控制根系寄生雜草。在之前的一項研究中，Atsushi Okazawa副教授和他的合作者揭示了在Orobanche小種種子萌發過程中感知獨角金內酯(一種刺激植物分枝和共生叢枝菌根真菌生長的植物激素)後，植物糖代謝被啟用。野尻黴素(Nojirimycin，α-糖苷酶抑制劑)抑制植物糖代謝，抑制Orobanche種子萌發，表明植物糖代謝可能是防治根際寄生雜草的靶點。
O. minor種子萌發代謝譜研究。（A）正方形（使用GR24處理）或圓形（不使用GR24處理）顯示樣本採集的時間點。GR24在第8天施用（如箭頭所示）。（B）調節和萌發期間不同階段種子代謝產物譜的主成分分析，顯示為前兩個主成分分析的組合（代表85%的代謝產物方差）。每個資料點都是一個獨立的樣本。（C）載入圖，顯示計算PC 1時總離子流色譜圖各資料點的重量。
在最近的一項研究中，來自大阪府立大學的科學家團隊研究了小Orobanche種子萌發過程中的α-半乳糖苷酶(AGALs)活性。他們還利用基質輔助鐳射解吸/電離質譜成像技術研究了幹種子中植物糖的分佈。
在胚胎周圍的組織中發現了植物糖，但在胚胎內部卻沒有發現，這表明植物糖可能有儲存碳水化合物的作用。α-半乳糖苷酶家族成員OmAGAL2的生化實驗和分子鑑定表明，該酶在獨腳金內酯被感知後，參與胚外體中植物糖的水解，為胚萌發提供必要的己糖。上述結果表明，OmAGAL2是一種潛在的防治根系寄生雜草的分子靶點。
在條件處理和萌發過程中，小圓齒藻種子中的糖譜。在任何樣本中均未檢測到半乳糖。（A）透過GC-MS分析獲得的幹種子中糖的總離子流色譜圖。果糖；葡萄糖；Pla，planteose；蔗糖。（B）未經GR24處理的種子中糖含量的變化（平均值±標準差，n=3）。預處理期為7天，在預處理的最後一天使用蒸餾水，因此不會誘導發芽。星號表示乾燥種子和處理種子期間各糖含量的顯著差異（P<0.05，Tukey-Kramer）。（C）經GR24處理後的小圓齒藻種子發芽率。調理期為7天；在調理的最後一天施用10 mg·L-1（w/v）GR24。沒有GR24處理，種子不會發芽。在顯微鏡下觀察種子並計數發芽種子（平均值±SD，n=3）。（D–G）GR24處理的種子中糖含量的變化（平均值±SD，n=3）。調理期為7天，在調理的最後一天施用10 mg·L-1（w/v）GR24。不同的字母表示在萌發期間糖含量存在顯著差異（P<0.05，Tukey-Kramer）。
獲得的兩個片段離子的質譜影象幾乎相同，表明這些片段離子都來自一個單一的來源——植物糖。作者還提供了直觀的證明，植物糖分佈在Orobanche的幹種子的胚乳、外胚乳和種皮中，這與它作為貯藏碳水化合物的作用相吻合。
綜上所述，本研究的發現說明:(1)植物糖分佈在Orobanche小型幹種子中，其生理作用難以確定;(2)在根寄生雜草種子萌發過程中，植物糖在感知獨腳金內酯(SLs)後迅速水解;胚乳、外胚乳和種皮在根寄生雜草中起著營養供應的作用。
NJ對寄生和非寄生植物種子萌發的影響。（A）不同濃度的NJ對小花酢漿草種子發芽率的影響（平均值±SD，n=3）。NJ處理後，小花酢漿草種子的發芽率呈劑量依賴性下降。（B） NJ對其他植物種子發芽率的影響（平均值±SD，n=3）。（C）在NJ存在下黑麥草胚根伸長的形態學變化。結晶紫染色有助於胚根的視覺化。處理如下：（i）僅10mg·L-1（w/v）GR24；（ii）GR24+1μM NJ；（iii）GR24+10μM NJ；和（iv）GR24+100μM.Bar:200μM.（D）在不同濃度下用NJ處理的黑麥草的胚根長度。用ImageJ軟體測定了100顆萌發種子的胚根長度。NJ對胚根伸長有劑量依賴性抑制作用。不同的字母表示胚根長度存在顯著差異（P<0.05，Tukey-Kramer）。
此外，本研究的新穎之處在於:這是第一次，作者可視化了一種根寄生雜草種子中儲存的碳水化合物(植物糖)的分佈。
這篇題為“α-半乳糖苷酶OmAGAL2參與小Orobanche種子萌發過程中的植物糖水解”的文章發表於2021年12月01日的《Journal of Experimental Botany》上。
來源：Involvement of α-galactosidase OmAGAL2 in planteose hydrolysisduring seed germination of Orobanche minor, Journal of Experimental Botany(2021). DOI: 10.1093/jxb/erab527；The effect of nojirimycin on the transcriptome of germinatingOrobanche minor seeds, Journal of Pesticide Science (2020). DOI:10.1584/jpestics.D20-057；Planteose as a storage carbohydrate required for early stage ofgermination of Orobanche minor and its metabolism as a possible target forselective control, Journal of Experimental Botany (2015). DOI:10.1093/jxb/erv116；Observations on the current status of Orobancheand Striga problemsworldwide, Pest Management Science (2009). DOI: 10.1002/ps.1713
江蘇鐳射聯盟陳長軍原創作品！
