珍稀濒危植物肉苁蓉Cistanche deserticola Ma是我国传统名贵中药“肉苁蓉”历代本草记载的基原植物。肉苁蓉只有寄生在梭梭Haloxylon ammodendron等植物根部时，才能够从寄主植物中获取生长所需的水分和营养物质，成长为肉苁蓉药材。然而，肉苁蓉的寄生会激发寄主植物的防御反应，两者形成寄生—抗寄生关系，造成肉苁蓉寄生存活率低，导致肉苁蓉药材产量下降。因此，亟需揭示肉苁蓉寄生诱导梭梭的反寄生防御反应，这将有助于破解肉苁蓉寄生率低这一产业瓶颈问题。 本研究通过对被寄生(NF)和正常生长(CK)的梭梭根的石蜡切片观察，确定了肉苁蓉寄生胁迫对梭梭根细胞显微结构的影响;同时结合RNA-seq技术，设计了2组抗性强弱的对比:接种肉苁蓉种子后被寄生(NF)和未被寄生(P)的梭梭根、肉苁蓉成功寄生后营养生长时期(NF)和生殖生长时期(F)对应的梭梭根，通过转录表达情况对比确定了参与寄生胁迫调控的主要通路;在此基础上，筛选出了3个抗性基因同源序列，通过生物信息学分析其保守结构，推测其生物学功能;最后借助UPLC-MS/MS技术，检测了梭梭被寄生根(NF)和未被寄生根(P)的酚类、黄酮类等植物抗性相关代谢物的种类和离子丰度的变化，寻找与梭梭抗性作用相关的代谢物变化，从代谢角度分析抗性的分子水平调控，为后续梭梭抗逆机制研究提供实验基础。主要研究结果如下: 1.石蜡切片染色观察发现，被肉苁蓉寄生后的梭梭根中央导管细胞面积占总横切面比例显著减小，而导管细胞壁厚度、中央薄壁细胞群厚度、根皮厚度和外周导管细胞厚度均显著大于正常生长的梭梭根。推测梭梭根通过减少导管细胞分化和增加薄壁细胞数量以储存更多营养物质，减少水分通过导管向肉苁蓉转移;同时通过根皮和导管细胞壁的增厚加强自身物理屏障，以抵抗肉苁蓉吸器的入侵和营养获取。 2.通过转录组测序分析，鉴定并注释了肉苁蓉寄生后不同寄生结果和时期的差异表达基因:与正常生长的梭梭根(CK)对比，被寄生后差异基因多富集在木质素生物合成、植物型次生细胞壁生物发生等GO条目，且伴随着KEGG富集结果下苯丙烷生物合成通路中阿魏酸-5-羟化酶基因(F5H)显著上调、松柏醇葡萄糖基转移酶基因显著下调等，推测被寄生的梭梭根可能通过细胞壁结构的变化以增强物理屏障。同时，未被寄生的梭梭根中差异基因富集在诱导系统抗性、系统获得性抗性、水杨酸介导的信号通路等GO条目，且伴随着KEGG富集结果下植物·病原体相互作用通路中PRRs基因EIX1/2、XA21、CERK1和LRR受体样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因EFR、FLS2等显著上调表达，暗示未被寄生的梭梭根可能通过对寄生信号的识别发挥抗性反应。此外，肉苁蓉生殖生长时期对应的梭梭根中乙烯和茉莉酸代谢等GO条目被显著富集，植物激素信号转导通路中水杨酸、茉莉酸、油菜素内酯和乙烯的信号转导基因TGA、JAR1、COI1、BIN2、EIN2等表达上调，推测植物激素的调节可能参与了梭梭的抗性调控。 3.从转录组测序结果中筛选得到了3个潜在的抗性基因，分别命名为RGA2-like，RGA3-1ike和RGA4-1ike，对它们编码蛋白的生物信息学分析表明，RGA2-1ike和RAG3-1ike蛋白具有NB-ARC结构域，在进化树中与甜菜Beta vulgaris抗病蛋白的同源性最高;利用MEME网站筛选出了10条保守基序，对应了文献报道的NBS-LRR蛋白保守基序P-loop、GLPL、Walker B、RNBS-B。 4.运用UPLC-MS/MS技术，对梭梭根寄生前后的抗性相关次生代谢物进行定性定量检测:与正常生长的梭梭根对比，被寄生的梭梭根中差异代谢物数量为139种（93种下调代谢物和46种上调代谢物）、未被寄生的梭梭根中差异代谢物数量为146种（88种下调和58种上调），并比对出47个相同的差异代谢物，大部分代谢物的表达趋势相同。差异代谢物的KEGG通路富集结果表明，类黄酮生物合成和苯丙烷生物合成通路在寄生后显著表达。参与梭梭响应肉苁蓉寄生胁迫的抗性代谢物主要可分为4类，分别为可能发挥致死肉苁蓉细胞作用的化感物质、抗氧化物质结合胁迫产生的过量活性氧自由基、传递寄生胁迫信号的信号转导物质和增厚细胞壁机械屏障的木质素物质。 综上所述，肉苁蓉寄生胁迫下梭梭的抗性反应是多种机制的综合体现，包括对入侵信号的识别、防御化合物的积累、细胞结构和形态的改变、植物激素的调节作用等。其中，对肉苁蓉入侵信号的识别机制可能是决定寄生结果的关键因素。本文以此筛选出了2个与寄生信号识别相关的潜在抗性基因RGA2-like和RAG3-like，为梭梭易感品种的选育提供了参考。
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