根寄生植物列当O. cumana与特定寄主向日葵识别的化学信号及其作用机理研究

Using hydroponical culture and modern analytical techniques such as LC-MS/MS, this project is to extract and identify the natural germination stimulants and haustorium inducing factors of root parasitic plant (Orobanche) from various cultivars of sunflowers with different resistant capabilities; This experiment also intends to understand the mechanism of natural germination stimulants (such as SL and DCL), synthetic germination stimulants as well as haustorium inducing factors on seed germination, growth and development of Orobanche plant in the host recognition; The present study attempts to use various nutrients (N, P and K), along with endogenous plant hormones and herbicides to regulate signaling factors in sunflower and clone SL-receptor genes (such as MAX2) in O. cumana for function analysis. This research could better understand the molecular mechanism of chemical signals (germination stimulants and plant hormones etc) in the host recognition of root parasitic plant growth and development, through the selection of effective and environmental friendly germination stimulants and their possible application for “suicidal germination” of root parasitic weeds. Thus, the present project is of great importance in the understanding of host recognition of root parasitic weeds.

采用溶液培养及LC-MS/MS与现代分子技术，从根寄生植物向日葵列当(O. cumana)的特定寄主作物向日葵不同抗性品种根系分泌物中提取天然的根寄生植物的各种萌发刺激物和吸器诱导物，进行化学组成与结构鉴定及应用效果研究；明确上述不同识别信号物质(SL、DCL等)及其协同作用，及与人工合成萌发刺激物、吸器诱导物质在寄生植物与寄主识别中的种子萌发、诱导吸器的异同性及其机理；探明不同类型与水平的氮磷钾营养与组合配比，及其与植物内源激素、除草剂的协同调控作用，实现对识别信号物质的营养与化学调控；克隆O. cumana中参与SL信号感受的关键基因（MAX2等），并对相应基因进行功能分析。从而揭示化学信号物质在寄生植物和寄主识别中的相互作用及其机理，加深对植物间和根际中化学物质与分子信息传递的了解，筛选有效的、环境友好的化学信号物质并用于根寄生杂草“自杀性萌发”等防控，具有重要的科学意义。

本项目采用了温室雾培和水培系统，对植物进行无磷营养液饥饿处理，结合固相萃取技术，创制了一种高效收集纯化向日葵列当萌发刺激物的方法。通过对多个自交重组系（RIL）向日葵品种（法国国家农科院，INRA）和中国内蒙古的两个向日葵杂交品种（抗性和易感）根系分泌物中根寄生植物萌发刺激物的分离鉴定，发现了向日葵根系分泌物中存在多种列当萌发刺激物，且不同向日葵品种之间列当萌发刺激物的含量存在差异；对不同抗性的向日葵品种进行蛋白质组学研究，结合向日葵根系分泌物对向日葵列当种子的萌发实验，表明向日葵的抗性机制与其分泌的萌发刺激物相关，而转录组的研究显示向日葵列当主要通过水解、降解、氧化等生化过程来完成对寄主的寄生；水杨酸、5-氨基乙酰丙酸（ALA）和油菜素内酯对向日葵应对列当寄生的调控研究，表明这些外源生长调节物质可缓解列当对向日葵的侵染；通过研究不同营养物质对列当寄生的影响，发现不同类型与水平的氮、磷、钾营养与组合配比，会通过影响向日葵列当种子的萌发率或向日葵的抗性，来促进或抑制列当寄生。本项目揭示了化学信号物质在寄生植物和寄主识别中的相互作用机理，加深对植物间和根际中化学物质与分子信息传递的了解，对筛选有效的、环境友好的化学信号物质并用于根寄生杂草“自杀性萌发”等防控，具有重要的科学意义。