菟丝子在寄主间传递系统性信号提高寄主耐旱和耐盐性研究

	菟丝子在寄主间传递系统性信号提高寄主耐旱和耐盐性研究
	李莎兰
导师	吴建强
关键词	菟丝子干旱盐胁迫系统性信号植物间信号
摘要	菟丝子为旋花科菟丝子属的茎寄生植物，目前发现的菟丝子大约有200多种。萌发后的菟丝子没有根和叶，菟丝子的吸器与寄主的维管组织融合，菟丝子和寄主通过吸器建立寄生关系而获得营养和水份。寄主中的蛋白质、代谢物、mRNA、甚至病毒均可转运到菟丝子中。在自然界，菟丝子还可以同时寄生多个邻近的寄主，形成一个天然的菟丝子连接的植物群体。在这种菟丝子连接的植物群体中，菟丝子可以在不同的寄主之间介导斜纹夜蛾诱导的系统性信号，并提高寄主的抗虫性。干旱和盐胁迫是自然界中影响植物生长的两种主要因素，严重地影响农作物的产量。菟丝子是否可以在不同的寄主间转运干旱和盐胁迫诱导的系统性信号，是否这些系统性信号可以影响到菟丝子本身的一些生理状态的变化，这些系统性信号是怎样进行转运的，这些系统性信号的转运是否会影响植物的抗旱或者抗盐性，其生态学意义何在？这些问题目前还非常缺乏研究。本论文利用田野菟丝子(Cuscuta campestris)与黄瓜(Cucumis sativus L.)为互作对象，建立了黄瓜~菟丝子~黄瓜的寄生体系，利用这些寄生体系是为了研究干旱诱导的系统性信号是否可以通过菟丝子从一株黄瓜寄主转运到另一株黄瓜寄主，并影响黄瓜寄主的生理状态，进而改变黄瓜寄主的耐旱性。研究结果表明干旱诱导的系统性信号可以通过菟丝子在两株黄瓜寄主之间进行双向转运，并影响寄主的脱落酸含量、茉莉酸含量、茉莉酸异亮氨酸含量及脱落酸和磷脂酶相关基因的表达水平。此外，本论文对接收和未接收到干旱诱导的系统性信号的黄瓜寄主进行了长期的干旱胁迫，实验结果表明接收到干旱系统性信号的黄瓜寄主比未接收到干旱系统性信号的黄瓜寄主表现出更高的叶绿素含量、更低的电解渗透率及更低的细胞死亡数目。这些结果表明了菟丝子介导的植物间干旱系统性信号影响抗旱相关生理指标。本论文利用黄瓜~菟丝子~黄瓜的寄生体系研究了盐胁迫诱导的系统性信号在不同寄主间的传递及其生理意义。本研究结果表明了盐胁迫诱导的系统性信号也可以通过菟丝子在两株黄瓜寄主之间进行双向转运，并影响寄主的转录水平和生理状态。盐胁迫诱导的系统性信号通过菟丝子转运并影响了寄主的转录组，这些转录被调控的基因包括盐胁迫相关的次级信号，例如，活性氧、钙离子(Ca2+)、离子通道和激素信号，包括乙烯、赤霉素、生长素、脱落酸、茉莉酸，而且植物间的盐胁迫诱导的系统性信号也会进一步影响寄主的脯氨酸含量、脱落酸含量、气孔导度及光合速率等。研究还发现盐胁迫黄瓜寄主会影响菟丝子中脱落酸含量以及脱落酸和活性氧相关基因的表达水平。本研究也对接收和未接收到盐胁迫系统性信号的黄瓜寄主进行了长期的盐胁迫处理，实验结果表明了接收到盐胁迫诱导的系统性信号的黄瓜寄主能够保持较好的生长状态，而没有接收到盐胁迫诱导的系统性信号的黄瓜寄主表现出严重的叶片黄化、萎蔫、叶片细胞死亡等表型。这些结果表明菟丝子介导植物间的盐胁迫诱导的系统性信号提高黄瓜寄主的耐盐性。此外，本论文还利用菟丝子将5株黄瓜寄主进行连接，利用这些寄生体系是为了研究是否盐胁迫诱导的系统性信号可以长距离转运，并影响黄瓜寄主的生理状态，进而改变黄瓜寄主的耐盐性。实验结果表明了盐胁迫诱导的系统性信号可以通过菟丝子进行长距离的转运并提高寄主的耐盐性，本研究检测到盐胁迫诱导的系统性信号的转运距离大约在三株寄主间（45 cm左右）。最后，本论文通过遗传学方法对系统性信号的调控进行了初步探讨。实验通过菟丝子建立了黄瓜~拟南芥~黄瓜的寄生体系，利用这些寄生体系是为了研究干旱和盐胁迫诱导的系统性信号是否涉及到脱落酸和独脚金内酯相关的信号。实验中对照组的拟南芥为野生型(Col-0)，而实验组中的拟南芥分别为脱落酸的受体突变体(pyr1pyl1pyl4)和独脚金内酯的受体突变体(d14)。我们对其中的一株黄瓜寄主进行了干旱或者盐胁迫处理，测定结果表明，实验组中与拟南芥相连的另一株黄瓜寄主的磷脂酶相关基因、脱落酸相关基因、独脚金内酯相关基因、脱落酸和水杨酸含量都表现出与对照组不同。这些结果表明了脱落酸和独脚金内酯均可能参与了植物间干旱和盐胁迫诱导的系统性信号的调控过程。本论文通过菟丝子将不同的黄瓜寄主进行连接，证明了干旱和盐胁迫诱导的系统性信号可以在不同的寄主中转运并提高黄瓜寄主的耐旱及耐盐性。一方面揭示了干旱或者盐胁迫诱导的系统性信号在不同的植物间长距离的转运，而且也说明了这些可移动信号的生态学功能。此外，论文利用菟丝子将不同的寄主进行连接，这种通过天然嫁接形成的新型研究体系为移动（系统性）信号的研究提供了一个很好的新型研究平台。
语种	中文
	2020
学位授予单位	中国科学院大学
学位名称	博士
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/75707
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	李莎兰. 菟丝子在寄主间传递系统性信号提高寄主耐旱和耐盐性研究[D]. 中国科学院大学,2020.

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201618010615034.pdf（4549KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-SA	请求全文