科学家揭示了植物糖的分布和生理作用。

独脚金（Striga spp.）和帚状油菜（Orobanche和Phelipanche spp.）是根寄生杂草，给全球农业造成重大损失。作为自然界的专性寄生开花植物，它们寄生于其他具有重要农业意义的自养植物。这些植物通过吸器与宿主相连，吸器将营养物质从宿主转移到寄生虫身上。杂草通过竞争资源（养分、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。

干制欧氏小种子中植物糖的可视化。亮野种子切片图(左);前体离子m/z 526.17的质量图像(右)。

根据严格的抽样，目前还没有受Orobanche或Striga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，Atsushi Okazawa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。

O. minor种子萌发代谢谱研究。（A）正方形（使用GR24处理）或圆形（不使用GR24处理）显示样本采集的时间点。GR24在第8天施用（如箭头所示）。（B）调节和萌发期间不同阶段种子代谢产物谱的主成分分析，显示为前两个主成分分析的组合（代表85%的代谢产物方差）。每个数据点都是一个独立的样本。（C）加载图，显示计算PC 1时总离子流色谱图各数据点的重量。

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。

在条件处理和萌发过程中，小圆齿藻种子中的糖谱。在任何样本中均未检测到半乳糖。（A）通过GC-MS分析获得的干种子中糖的总离子流色谱图。果糖；葡萄糖；Pla，planteose；蔗糖。（B）未经GR24处理的种子中糖含量的变化（平均值±标准差，n=3）。预处理期为7天，在预处理的最后一天使用蒸馏水，因此不会诱导发芽。星号表示干燥种子和处理种子期间各糖含量的显著差异（P<0.05，Tukey-Kramer）。（C）经GR24处理后的小圆齿藻种子发芽率。调理期为7天；在调理的最后一天施用10 mg·L-1（w/v）GR24。没有GR24处理，种子不会发芽。在显微镜下观察种子并计数发芽种子（平均值±SD，n=3）。（D–G）GR24处理的种子中糖含量的变化（平均值±SD，n=3）。调理期为7天，在调理的最后一天施用10 mg·L-1（w/v）GR24。不同的字母表示在萌发期间糖含量存在显著差异（P<0.05，Tukey-Kramer）。

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，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。

NJ对寄生和非寄生植物种子萌发的影响。（A）不同浓度的NJ对小花酢浆草种子发芽率的影响（平均值±SD，n=3）。NJ处理后，小花酢浆草种子的发芽率呈剂量依赖性下降。（B） NJ对其他植物种子发芽率的影响（平均值±SD，n=3）。（C）在NJ存在下黑麦草胚根伸长的形态学变化。结晶紫染色有助于胚根的可视化。处理如下：（i）仅10mg·L-1（w/v）GR24；（ii）GR24+1μM NJ；（iii）GR24+10μM NJ；和（iv）GR24+100μM.Bar:200μM.（D）在不同浓度下用NJ处理的黑麦草的胚根长度。用ImageJ软件测定了100颗萌发种子的胚根长度。NJ对胚根伸长有剂量依赖性抑制作用。不同的字母表示胚根长度存在显著差异（P<0.05，Tukey-Kramer）。

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。

这篇题为“α-半乳糖苷酶OmAGAL2参与小Orobanche种子萌发过程中的植物糖水解”的文章发表于2021年12月01日的《Journal of Experimental Botany》上。

来源：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