种子代谢物启动寄生杂草吸器形成并增强其侵染能力

寄生植物（如独脚金和列当）的独特之处在于能形成吸器——一种专门附着、穿透并窃取邻近植物根系水分、养分和大分子物质的特化器官。这类杂草是农业生产中的重大威胁，其地下寄生方式难以早期发现，常造成严重损失。过去普遍认为，吸器的形成（吸器发生）依赖宿主根系释放的吸器诱导因子（HIFs），例如酚酸、细胞分裂素等。然而，本研究以列当属杂草Phelipanche ramosa为对象，揭示了一种全新机制：寄生植物种子自身能产生HIFs，在无宿主的情况下独立启动吸器发生。

研究首先观察到，P. ramosa种子在无菌、无宿主环境中吸水萌发后，胚根顶端会形成典型的早期吸器结构（EHSs）——呈“锤状”膨大、细胞增殖肿胀，并伴随胚根生长停滞。若移除种子萌发过程中释放的“种子浸出液”并冲洗种子，吸器发生会延迟约129小时，且种子密度降低时吸器发生率显著下降，表明浸出液中存在促进吸器发生的物质。进一步实验显示，无论是宿主植物还是非宿主植物的种子浸出液，均能诱导P. ramosa的吸器发生，说明这种机制在列当科杂草中可能具有普遍性。

通过代谢组学分析，研究从种子浸出液中鉴定出41种差异积累的代谢物，包括细胞分裂素（如反式玉米素）、甾醇（胆固醇、豆甾醇）、醌类（大黄素）和黄酮类（芹菜素）等。单独使用这些物质时，多数活性较弱，但组合使用（如大黄素与染料木素或胆固醇）能使吸器发生率分别达到94.5%和85.7%，证明它们通过协同作用发挥效能。转录组分析发现，吸器发生过程中细胞 wall 重塑、木质素合成及氧化应激相关基因表达上调，提示早期木质素新合成可能通过萌发后的氧化应激和微生物木质素分解活性，为HIFs的产生提供模板。

生态功能实验表明，经浸出液处理的幼苗附着宿主根部的数量显著增加，且22天后形成的块茎数量更多。这说明种子自身产生的HIFs能让寄生植物在遇到宿主前就完成吸器发育的“预启动”，缩短附着时间，提升寄生成功率。

综上，本研究挑战了“吸器发生完全依赖宿主信号”的传统范式，提出吸器发生是寄生植物的内在默认程序：种子萌发后释放HIFs或其前体，在根际环境中（可能借助微生物作用）转化为活性物质，自主启动吸器发育。这一机制不仅揭示了寄生植物的生态适应策略，也为开发新型寄生杂草防治方法提供了新思路（如靶向抑制种子HIFs合成）。