列当属根寄生植物的种子在寄主分泌的萌发信号诱导下发芽,这使列当能够特异性地识别和寄生于寄主。在自然环境下,列当与其寄主植物协调生长;而在农田环境中,列当夺取农田作物营养成分,对作物造成严重损害。大多数列当属植物在萌发刺激物独脚金内酯(strigolactones,SLs)的作用下发芽,如弯管列当(Orobanche cernua)寄生于番茄等茄科作物,并对来自番茄根部的主要SLs——列当醇(orobancol,Oro)产生反应,而向日葵列当(Orobanche cumana)专性寄生向日葵(Helianthus annuus),只对其分泌的去氢木香内酯(dehydrocostus lactone,DCL)有反应。向日葵列当发芽后,产生吸器寄生到向日葵根部以汲取营养物质,使植株生长发育受到严重影响。由于列当与向日葵根部相连,导致除草剂防治效果甚微。因此,为了有效地防控列当,我们主要从三个方面来开展研究:列当萌发特异性的调控,向日葵与向日葵列当互作过程,以及油菜素内酯(BR)对列当侵染的缓解作用。取得的主要研究结果如下:1.利用遗传学和基因组学技术研究了KAI2d基因在弯管列当和向日葵列当的萌发特异性中的作用。我们测定了两种列当萌发前和萌发后这两个阶段的转录组,以鉴定与萌发刺激物感知有关的基因。弯管列当含有6个KAI2d基因(编号为Orce KAI2d1-6),而向日葵列当含有8个基因(Orcu KAI2d1-8)。随后对94个F2杂交系的DNA进行基因分型,鉴定KAI2d基因,并与发芽表型相关联。实验结果表明KAI2d基因是连锁的,而Orce KAI2d2可能是萌发刺激物Oro的受体,对去氢木香内酯(DCL)的反应与O.cumana KAI2d基因的遗传表达有关。将每个KAI2d基因在拟南芥kai2突变体中表达,并检测其在SLs(包括Oro、5-deoxystrigol和人工合成独脚金内酯类似物GR24)或DCL作用下恢复突变表型的能力。其中一个O.cernua基因Orce KAI2d2在这个系统中对全部SLs均有响应,但对DCL没有响应。O.cumana基因Orcu KAI2d5(Orce KAI2d2的同源基因)也对SLs有响应,但对DCL没有响应,且未发现特异性识别DCL的KAI2基因。综上所述,我们已鉴定出O.cernua中可能的SL受体,并发现KAI2d蛋白既不是DCL的受体,也没有参与其他相关的信号通路。2.对易感向日葵品种TK0409和抗性品种JY207与向日葵列当互作过程进行了研究。我们发现两品种向日葵分泌的萌发刺激物之间不存在差异,这表明向日葵的抗性可能来源于自身的防御反应。在感性互作过程中,向日葵列当与向日葵的维管系统建立了完整的连接,导致植物生长迟缓,而这在抗性互作过程中并未观察到。向日葵列当的成功侵染涉及一系列相互作用,包括降解酶破坏寄主细胞壁,通过利用寄生植物的转运蛋白和抑制向日葵中的营养同化和/或转运将寄主根从库转变成了为寄生植物提供营养的源,以及通过病程相关蛋白干扰寄主防御系统。相比之下,向日葵抗性品种则通过成功识别向日葵列当的效应子而产生防御反应。通过转录组测序PF-02341066生产商和分泌组预测的方法,我们从向日葵列当中成功克隆了28个候选效应子基因。然后借助基因瞬时表达技术,进一步筛选出了5个可以抑制植物防御反应的效应子基因,并成功对其中3个效应子基因进行了亚细胞定位,结果显示它们在细胞中的作用位点均为细胞核和质膜。本研究表明寄生互作期间防御系统激活的速度、程度和效率可能与向日葵抗性有关,为向日葵抗性育种和列当防治提供重要的遗传资源。3.明确了外源BR预处理对列当侵染下向日葵植株的生长及生理生化的调控作用。向日葵被列当寄生后,株高和生物量显著下降,ROS和MDA积累增加,酶活性也相应发生改变,叶肉和根尖细胞结构均遭到严重损伤。用0、1、10和100 n M BR浸种预处理后,与单独列当寄生相比,外源施加BR向日葵生物量显著增大,而列当寄生数Inflammation and immune dysfunction目、鲜重、干重分别显著减少77.8%、90.8%和74.2%。向日葵中GSH含量、GR活性和GSH/GSSG比值也显著提高;同时,MDA含量和ROS水平显著降低,SOD和POD活性显著增加,APX和CAT活性KPT-330浓度降低。透射电镜(TEM)观察向日葵细胞超微结构,结果显示单独列当寄生下向日葵叶肉细胞叶绿体膨胀变形、淀粉粒增加,根尖细胞膜通透性变大、细胞核解体;而BR预处理改善了列当侵染后的向日葵细胞超微结构。同时对相关基因进行qRT-PCR分析发现,与单独列当侵染相比,10n M BR处理后BRI1、BR6OX2、BAK1、BSK1、BSK2等油菜素内酯的响应基因表达量显著上调。这些结果表明BR通过提高抗氧化酶活性、降低ROS积累、改善细胞超微结构和调控相关基因的表达,进而减轻向日葵列当侵染对向日葵的危害,为寄生杂草的防控提供了新的思路。