图中左侧展示了野生型高粱释放独脚金内酯，触发独脚金的萌发和感染，导致产量下降；右侧展示了敲除 SbSLT1/2 基因后的高粱表现出强大的独脚金抗性。 受访者供图

■本报记者 冯丽妃

近日，62岁的谢旗和33岁的史佳阳这对师徒，耗时6年对战寄生植物“吸血鬼”的研究发表于《细胞》。

对中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员谢旗来说，新论文的刊发让他实现了研究生涯中《细胞》《自然》《科学》三大顶刊的“大满贯”，而对从事博士后研究的史佳阳来说，这是他即将迈入独立科研生涯的一块沉甸甸的“问路石”。

师徒组团对战“吸血鬼”

2019年秋天，史佳阳收到谢旗分派的一项重要研究任务——对战寄生植物独脚金。

独脚金在中医眼里是“宝”，但在农业科学家眼里是“魔”，其在拉丁文中意指“类似于吸血鬼的老巫婆”，会吸走寄主作物的营养，使其干枯死亡。《科学》将这种“吸血鬼”植物列为世界七大农作物危害之一。其与菟丝子、肉苁蓉和锁阳等寄生植物一起，造成粮食减产，带来的全球经济损失每年高达120亿美元。

独脚金的寄生过程极为隐蔽且难以防治，其种子在土壤中可以休眠超过20年。传统的防治方法，如化学药剂、轮作、土壤改良等效果有限且成本高昂。而种子一旦萌发并侵入寄主植物，除草剂也无计可施。

研究团队希望培育出一种能抗独脚金寄生的作物品种。

这是一道超级难题。因为独脚金与寄主植物间已进化出天然的互作关系，一旦它们感受到寄主植物释放的激素——独脚金内酯，便会迅速萌发，侵入寄主根部，建立寄生关系。

谢旗团队决定与多家单位的科学家组成联合团队。一开始，他们想敲除植物合成独脚金内酯的基因。然而，这条路他们走了近两年后，发现是条死胡同。因为独脚金内酯有调控植物分枝生长等重要功能，敲除相关基因后，植物发育会出问题。

怎样才能既让植物分泌独脚金内酯，又不让这种激素分泌到土壤里激活独脚金？

“独脚金有一个特点，在越贫瘠、越缺磷的土地上长得越快。”谢旗说。于是，他们另辟蹊径，通过低磷诱导高粱外排独脚金内酯，在独脚金内酯渗入土壤时，捕捉起关键作用的外排基因，然后将其敲除，关闭独脚金内酯外排的“闸门”。

最终，他们找到了两个起关键作用的外排基因，并将其命名为SbSLT1和SbSLT2。

“把这两个基因敲除后，独脚金内酯向土壤渗透的渠道被堵上了。独脚金的种子失去这种激素不能萌发，从而提高了高粱对独脚金的抗性。”谢旗解释说。研究团队用酵母菌、蛙卵、拟南芥和水培高粱做了实验，证明了这一方法的可靠性。

然而，对于农业科学研究来说，实验室的工作只是第一步，方法行不行要到田里见真章。

众里寻“它”千百度

过田间试验这道关，寻找独脚金的种子是最大的挑战。

独脚金在我国本就数量稀少，能真正用于科研和种子繁育的更是凤毛麟角，而从国外引进此类可能构成生物入侵风险的物种，在法律上存在严格限制。考虑到独脚金是一味中药，史佳阳尝试到药店购买。等他费尽周折从细小的包壳中剥离出比米粒还小的种子后，却发现它们在实验室条件下没有活性。面对种子稀缺的困境，研究团队动用了所有人脉资源。然而，能成功萌发的种子依然寥寥无几。

转机出现在一天晚上史佳阳和师弟梅错的闲聊中。他们突发奇想，决定在网上发帖求助，希望找到种植独脚金的人。在一个贴吧中，他们找到了一名两年多前发布过相关信息的网友，尽管对方没有留下任何联系方式，他们还是抱着试试看的心态留言。令人惊喜的是，几天后，这位网友竟然回复了他们。

一番周折后，史佳阳和团队终于与这位广东省郁南乡的独脚金种植者取得了联系。“这位种植者起初也是在野外采集种子，经过多年摸索，不仅在家中利用泡沫箱种植独脚金，甚至开辟了一亩专门的田地。”史佳阳说，这一发现让他们兴奋不已，迅速将田间试验从北京转移到广东。经过连续两年的表型试验，他们终于补全了研究所需的关键数据。

试验结果令人振奋：敲除两个关键基因后的高粱品种对独脚金的抗性显著增强，寄生率降低了67%~94%，高粱的产量损失减少了49%~52%。

研究团队通过人工智能模拟，预测了两个基因上形成独脚金内酯转运通道的关键氨基酸苯丙氨酸位点，发现该位点在玉米、水稻等重要作物转运通道同源蛋白中都存在。“这说明这种转运机制存在保守性，从而为重要作物抗寄生提供了具有广阔应用前景的解决方案。”论文共同通讯作者、中国农业大学教授于菲菲说。

“人就是要踏踏实实做事”

2024年4月，研究团队将耗时5年完成的研究投给《细胞》，论文仅经过一轮补充实验就被接收，并在10个月后发表。审稿人认为，这项研究数据翔实，具有重要的理论和应用价值。

中国科学院院士谢道昕评价说，这一成果为高粱的寄生杂草抗性育种提供了重要基因资源，并为其他作物提高寄生抗性指明了道路，是作物抗性分子育种领域的“里程碑式的突破”。特别是在非洲，这一成果对于防治独脚金危害、缓解粮食危机，将有深远影响。

回顾走过的路，史佳阳清楚记得迈过的大大小小的坎：水培高粱种子萌发后根系易污染，团队一次次优化试剂配方解决问题；补充实验数据回复审稿人修改意见时，他曾连续一周睡在实验室补充酵母菌实验。

“不管在哪个领域，想把一件事做好，都不是容易的事。科研也是这样。”史佳阳感慨道。他仍然记得初次见到谢旗时，导师满眼血丝。后来他才知道，导师经常每天只睡4个小时，从晚上11点到次日凌晨3点，坚持了十几年。

2007年，44岁的谢旗从模式植物拟南芥转向高粱研究。他拼命追赶时间，致力于将基础研究成果转化为实际应用，培育出耐盐碱甜高粱新种质，研发了具有“稻花香”味的高粱、抗鸟吃的高粱、更易脱粒的高粱，以高粱为材料挖掘的作物主效耐碱基因更是入选两院院士评选的“2023年度中国十大科技进展新闻”。

面对成绩，谢旗谦逊地说：“人就是要踏踏实实做事，把手上工作做好。我就是想让环境好一点，打的农药、施的化肥少一点，我们的生活变得美一点。”

受到导师的言传身教，史佳阳希望在博士后出站后，能到河北高校工作，为家乡的农业发展出一份力。他也希望把导师的科研精神、教育理念及为人处世之道，传递给未来的学生。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.022