自然界中,菟丝子属（Cuscuta spp.）约有201个物种,在世界各地广泛分布,它们均为典型的全寄生植物。寄生关系建立后,菟丝子和寄主植物间存在广泛的水、养分、DNA、mRNA、mi RNA和蛋白质等交流,是研究植物间信息交流的经典模型。但是,菟丝子也是一种破坏性强、而且异常顽固的全寄生杂草,严重危害着牧草和农作物的生长和生产。近十年,借助组学测序技术,菟丝子和寄主植物间复杂的信息交流迅速成为重要的学术前沿,但是牧草的抗菟丝子育种在国内外尚处空白。本研究以菟丝子和大豆（Glycine max）为研究对象（实验启动时紫花苜蓿缺乏基因组信息）,首次发现lncRNA（Long noncoding RNA）在寄生植物与寄主植物间存在广泛的信息交流。随后,将目前已知的免疫受体CuRe1（Cuscuta receptor 1）基因在“牧草之王”紫花苜蓿（Medicago sativa）中过表达,发现紫花苜蓿获得了菟丝子抗性,分析了CuRe1过表达紫花苜蓿的抗寄生表型、吸器特征和转录响应等。对CuRe1过表达紫花苜蓿开展了连续3年的田间实验,评价了菟丝子寄生后紫花苜蓿的表型和生理变化,并获得了可稳定遗传的紫花苜蓿抗菟丝子新材料。本研究创制的转基因材料为紫花苜蓿抗菟丝子育种奠定了物质基础,主要结果如下:1.LncRNA在菟丝子–大豆寄生系统中的双向信息交流。选取基因组均完成组装的菟丝子和大豆为研究对象,对菟丝子–大豆寄生系统进行lncRNA测序,并在全基因组水平进行比对,然后通过RT-PCR验证,首次发现lncRNA可在菟丝子–大豆寄生系统中双向交流,其中菟丝子交流至大豆的lncRNA有365个,反之有14个,推测表达丰度可能是lncRNA跨物种交流的主要驱动力之一。通过lncRNA靶向基因预测分析,还发现交流lncRNA和其靶向mRNA可形成lncRNA–mRNA调控网络,并在寄生系统中共转运。2.CuRe1过表达紫花苜蓿的抗寄生功能分析。为了研究寄主植物抵御菟丝子寄生的共性与特性,将CuRe1基因分别在三种植物中过表达。在紫花苜蓿中发现与对照（野生型植株和空载体转基因植株）相比,3个紫花苜蓿过表达株系均表现出抗寄生能力,菟丝子的吸器颜色变暗、形态萎缩,不能与紫花苜蓿建立畅通的维管束连接。菟丝子寄生后,紫花苜蓿过表达植株的生物量显著高于对照植株,而寄生在紫花苜蓿抗性植株上的菟丝子生物量显著低于寄生在对照植株上的生物量。此外,将CuRe1基因在模式植物本氏烟草（Nicotiana benthamiana）和拟南芥（Arabidopsis thaliana）中过表达,发现相比野生型,过表达植株上寄生的菟丝子生长受到显著抑制,表现出明显的抗寄生表型。在紫花苜蓿、本氏烟草和拟南芥三种植物中,对比过表达株系和野生型的转录组数据,发现菟丝子寄生后,CuRe1过表达植物会将菟丝子识别为病原体,启动自身的PTI（patterntriggered immunity）免疫系统,并激活防御响应相关基因,如模式识别受体基因（BAK1和FLS2）,乙烯相关基因（EIN2、EIN3和ERF）、水杨酸信号转导基因（PR1）和活性氧相关基因（RBOH）等,抑制吸器刺入,抵抗菟丝子寄生,从而赋予这3种植物的抗寄生能力。3.CuRe1过表达紫花苜蓿抗寄生的田间评价。将3个CuRe1过表达紫花苜蓿株系、空载体转基因植株和野生型植株开展连续3年的田间控制试验,发现CuRe1过表达紫花苜蓿的抗菟丝子寄生能力都显著高于对照,过表达紫花苜蓿植株的干重相比对照植株分别增加了22.9%（2019年）,23.6%（2020年）和21.8%（2021年）。生理分析发现过表达紫花苜蓿通过提高光合作用、抗氧化防御和渗透调节能力,从而积累更多的干物质,并表现出更优良的饲用品质。人工杂交实验发现外源CuRe1基因可以在紫花苜蓿后代中稳定遗传。