我区抗向日葵列当（全寄生植物）基础研究取得重要进展

   近日，内蒙古大学生命科学学院的哈达教授团队在植物学领域重要期刊《植物生理学》（Plant Physiology）上发表了“向日葵寄主诱导的向日葵列当寄生相关基因的沉默赋予其对入侵的抗性”（Host sunflower-induced silencing of parasitism-related genes confers resistance to invading Orobanche cumana）的最新成果。据悉，由于缺乏有效的研究手段，向日葵列当乃至向日葵的基因功能研究非常滞后，高水平的基础研究鲜有报道，而该研究成果处于国际领先地位。
   植物病原是严重危害作物产量和品质的限制因素。向日葵是重要的油料作物，也是我区具有地区特色和优势的主栽作物。向日葵列当是列当科的一种全寄生植物，主要寄生在向日葵根部。在农业生产中，向日葵列当已经成为一种重要病害，严重威胁着向日葵的产量和品质。因此，研究有效的防控策略迫在眉睫。该研究针对寄生体系中寄生机理机制不明确的问题，利用SSA-HIGS技术及分子生物学研究方法，建立了宿主及寄生植物的基因沉默方法，鉴定出了向日葵列当中的一些寄生相关基因，阐明了向日葵列当的寄生机理，为培育抗病高产种质材料和分子育种奠定了基础。
   研究团队首先利用SSA-VIGS系统成功沉默了向日葵内源基因和外源基因的表达，确立了向日葵中SSA-VIGS系统的可行性。在此基础上，研究团队在向日葵-向日葵列当寄生系统中建立了SSA-HIGS系统，以此来研究向日葵列当中寄生相关基因的功能，最终实现寄主对寄生植物的抗性。结合向日葵列当的转录组数据，10/11个向日葵列当候选基因被不同程度沉默，进一步确立了该系统的可行性。通过表型观察发现，OcQR1、OcCKX5、OcWRI1和OcEXPA6的沉默在不同程度上降低了向日葵列当寄生的成功率，也不同程度地改善了向日葵的健康状况。其主要表现为，向日葵列当数量减少、吸器发育滞后、吸器与寄主维管组织连接失败和向日葵株高恢复。从该结果表明，OcQR1、OcCKX5、OcWRI1和OcEXPA6可能参与了向日葵列当的寄生过程。
   研究团队进一步对OcEXPA6的功能研究发现，OcEXPA6能被萌发刺激物GR24和吸器诱导因子DMBQ诱导，说明该基因可能在寄生过程被诱导表达。通过毛根转化，OcEXPA6在苜蓿中过表达时表现出根长变短的现象；同时OcEXPA6定位在细胞膜上，说明OcEXPA6可能通过利用细胞壁的重编程来抑制根的发育。
   该研究团队还通过小RNA测序对靶基因OcEXPA6特异性的siRNA结构和特征进行了分析。分析发现，不仅在pTRV-OcEXPA6侵染的向日葵中产生了OcEXPA6特异性的siRNA，寄生在其根部的列当中也产生了OcEXPA6特异性的siRNA，而在未侵染的向日葵及其根部寄生列当中没有产生；这些siRNA主要以21nt和22nt的形式存在，而且22 nt的siRNA具有反义链偏好性。同时发现，向日葵中的siRNA几乎全部来源于设计序列区域，而列当中的siRNA主要来源于设计序列以外的区域。这些结果说明，siRNA具有移动性且沉默信号在向日葵列当中被放大。值得注意的是，向日葵列当中产生的siRNA在设计序列以外区域的分布表现出5’端正义链偏好和3’反义链偏好的特征。