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向日葵列當(dāng)是列當(dāng)科的一種全寄生植物，主要寄生在向日葵根部。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，向日葵列當(dāng)已經(jīng)成為一種重要病害，嚴(yán)重威脅著向日葵的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，研究有效的防控策略迫在眉睫。

近日，Plant Physiology在線發(fā)表了內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院哈達(dá)教授團(tuán)隊(duì)的題為“Host sunflower-induced silencing of parasitism-related genes confers resistance to invading Orobanche cumana”的研究論文（https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiaa018/5991406）。該研究結(jié)合生物信息學(xué)和SSA-HIGS技術(shù)，鑒定出了向日葵列當(dāng)中的一些寄生相關(guān)基因，為向日葵列當(dāng)?shù)姆乐蔚於艘欢ǖ睦碚摶A(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)。

該研究首先利用SSA-VIGS系統(tǒng)成功沉默了向日葵內(nèi)源基因和外源基因的表達(dá)，確立了向日葵中SSA-VIGS系統(tǒng)的可行性。在此基礎(chǔ)上，作者在向日葵-向日葵列當(dāng)寄生系統(tǒng)中建立了SSA-HIGS系統(tǒng)，以此來(lái)研究向日葵列當(dāng)中寄生相關(guān)基因的功能，最終實(shí)現(xiàn)寄主對(duì)寄生植物的抗性。結(jié)合向日葵列當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，10/11個(gè)向日葵列當(dāng)候選基因被不同程度沉默，進(jìn)一步確立了該系統(tǒng)的可行性。通過(guò)表型觀察發(fā)現(xiàn)，OcQR1、OcCKX5、OcWRI1和OcEXPA6的沉默在不同程度上降低了向日葵列當(dāng)寄生的成功率，也不同程度地改善了向日葵的健康狀況；主要表現(xiàn)為：向日葵列當(dāng)數(shù)量減少、吸器發(fā)育滯后、吸器與寄主維管組織連接失敗和向日葵株高恢復(fù)。這一結(jié)果表明，OcQR1、OcCKX5、OcWRI1和OcEXPA6可能參與了向日葵列當(dāng)?shù)募纳^(guò)程。

進(jìn)一步對(duì)OcEXPA6的功能研究發(fā)現(xiàn)，OcEXPA6能被萌發(fā)刺激物GR24和吸器誘導(dǎo)因子DMBQ誘導(dǎo)，說(shuō)明該基因可能在寄生過(guò)程被誘導(dǎo)表達(dá)。通過(guò)毛根轉(zhuǎn)化，OcEXPA6在苜蓿中過(guò)表達(dá)時(shí)表現(xiàn)出根長(zhǎng)變短的現(xiàn)象；同時(shí)OcEXPA6定位在細(xì)胞膜上，說(shuō)明OcEXPA6可能通過(guò)利用細(xì)胞壁的重編程來(lái)抑制根的發(fā)育，這一結(jié)論需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

該研究還通過(guò)小RNA測(cè)序?qū)Π谢騉cEXPA6特異性的siRNA結(jié)構(gòu)和特征進(jìn)行了分析。分析發(fā)現(xiàn)，不僅在pTRV-OcEXPA6侵染的向日葵中產(chǎn)生了OcEXPA6特異性的siRNA，寄生在其根部的列當(dāng)中也產(chǎn)生了OcEXPA6特異性的siRNA，而在未侵染的向日葵及其根部寄生列當(dāng)中沒(méi)有產(chǎn)生；這些siRNA主要以21nt和22nt的形式存在，而且22 nt的siRNA具有反義鏈偏好性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，向日葵中的siRNA幾乎全部來(lái)源于設(shè)計(jì)序列區(qū)域，而列當(dāng)中的siRNA主要來(lái)源于設(shè)計(jì)序列以外的區(qū)域。這些結(jié)果說(shuō)明，siRNA具有移動(dòng)性且沉默信號(hào)在向日葵列當(dāng)中被放大。值得注意的是，向日葵列當(dāng)中產(chǎn)生的siRNA在設(shè)計(jì)序列以外區(qū)域的分布表現(xiàn)出5’端正義鏈偏好和3’反義鏈偏好的特征，這一現(xiàn)象需要更多的證據(jù)來(lái)解釋。

總之，該研究成功地在向日葵-向日葵列當(dāng)系統(tǒng)中建立了SSA-HIGS技術(shù)體系，并鑒定了一些向日葵列當(dāng)中與寄生相關(guān)的基因。通過(guò)該研究，對(duì)將來(lái)向日葵列當(dāng)?shù)姆乐翁峁┝艘欢ǖ睦碚摶A(chǔ)和技術(shù)支持。

已畢業(yè)碩士研究生江正強(qiáng)、博士研究生趙琦琪和碩士研究生白潤(rùn)堯?yàn)檎撐墓餐谝蛔髡?，哈達(dá)教授為論文的通訊作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技創(chuàng)新項(xiàng)目、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計(jì)劃和內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金的支持。