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哈达教授团队在植物学领域重要期刊Plant Physiology上发表论文

时间:2020-12-10    作者:

        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。

近日,Plant Physiology在线发表了内蒙古大学生命科学学院哈达教授团队的题为“Host sunflower-induced silencing of parasitism-related genes confers resistance to invading Orobanche cumana的研究论文https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiaa018/5991406)。该研究结合生物信息学和SSA-HIGS技术,鉴定出了向日葵列当中的一些寄生相关基因,为向日葵列当的防治奠定了一定的理论基础和应用基础。

该研究首先利用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,作者在向日葵-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,OcQR1OcCKX5OcWRI1OcEXPA6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;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。这一结果表明,OcQR1OcCKX5OcWRI1OcEXPA6可能参与了向日葵列当的寄生过程。

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,这一结论需要进一步验证。

该研究还通过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21nt22nt的形式存在,而且22 ntsiRNA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,这一现象需要更多的证据来解释。

总之,该研究成功地在向日葵-向日葵列当系统中建立了SSA-HIGS技术体系,并鉴定了一些向日葵列当中与寄生相关的基因。通过该研究,对将来向日葵列当的防治提供了一定的理论基础和技术支持。

已毕业硕士研究生江正强、博士研究生赵琦琪和硕士研究生白润尧为论文共同第一作者,哈达教授为论文的通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、内蒙古自治区科技创新项目、内蒙古自治区科技计划和内蒙古自治区自然科学基金的支持。


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