8月27日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所植保研究室謝丙炎研究員病害團(tuán)隊(duì)與法國農(nóng)科院索菲亞農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所Pierre Abad教授線蟲團(tuán)隊(duì)在國際知名學(xué)術(shù)期刊New Phytologist（IF 10.151）合作發(fā)表了題為“A Meloidogyne incognita C-type lectin effector targets plant catalases to promote parasitism”的研究論文。該論文報(bào)道了南方根結(jié)線蟲（Meloidogyne incognita）分泌的凝集素類效應(yīng)蛋白MiCTL1a通過與宿主過氧化氫酶互作，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)活性氧穩(wěn)態(tài)幫助線蟲寄生的分子機(jī)制。

       植物寄生線蟲是一類專性活體營養(yǎng)型寄生蟲，有一句俗語“凡是有植物的地方就有線蟲”，表明它們寄主廣泛，種類繁多。根結(jié)線蟲種類超過90種，能夠侵染超過5500種植物，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失超過70億美元，其中南方根結(jié)線蟲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上危害最嚴(yán)重的一類根結(jié)線蟲。根結(jié)線蟲的防治主要包括物理防治、生物防治和化學(xué)防治，但在田間應(yīng)用存在見效慢、經(jīng)濟(jì)效益低、防治效果差和污染環(huán)境等弊端。種植抗病品種是解決問題的關(guān)鍵，但是抗性基因缺乏、商業(yè)化應(yīng)用的抗病基因不耐高溫、抗病機(jī)理不透徹及毒性群體的出現(xiàn)制約著分子育種技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。因此，解析根結(jié)線蟲與宿主互作的分子機(jī)制，闡明根結(jié)線蟲的致病機(jī)理，能夠?yàn)閷ふ曳乐胃Y(jié)線蟲的新靶標(biāo)并制定新策略提供重要理論依據(jù)。近些年研究表明，根結(jié)線蟲食道腺表達(dá)的效應(yīng)蛋白在線蟲與宿主互作過程發(fā)揮著重要作用。解析效應(yīng)蛋白在線蟲寄生過程的功能是揭示線蟲與植物互作的分子基礎(chǔ)。
       凝集素是一類廣泛存在于動(dòng)物和植物中的非免疫來源的糖結(jié)合蛋白，與各類細(xì)胞發(fā)生作用，發(fā)揮重要的生物學(xué)功能。根據(jù)蛋白序列相似性，可將凝集素分為G、L和C型凝集素。C型凝集素廣泛存在于線蟲屬中，參與免疫調(diào)控并具有保護(hù)線蟲免受病原物侵染的作用。在秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）中，存在278個(gè)C型凝集素蛋白，可將它們劃分為七類，特異地響應(yīng)不同的病原菌產(chǎn)生免疫反應(yīng)。在動(dòng)物寄生線蟲中，C型凝集素在寄生階段分泌進(jìn)入宿主，可能調(diào)節(jié)宿主的免疫反應(yīng)。在植物寄生線蟲中，水稻根結(jié)線蟲（Meloidogyne graminicola）存在三個(gè)C型凝集素序列，定位于亞腹食道腺，在侵染早期表達(dá)量顯著升高，表明其在線蟲寄生過程可能起非常重要的作用。南方根結(jié)線蟲存在59個(gè)凝集素類蛋白，但是C型凝集素類效應(yīng)蛋白的功能和在植物中的靶標(biāo)蛋白仍然未知。
       本研究證明了南方根結(jié)線蟲凝集素類效應(yīng)蛋白MiCTL1在亞腹食道腺表達(dá)、在寄生過程分泌到植物組織中，在線蟲寄生初期表達(dá)量顯著增加，推測(cè)其可能在線蟲與宿主互作、取食位點(diǎn)建立、巨大細(xì)胞形成和調(diào)節(jié)植物免疫方面發(fā)揮重要作用。病毒誘導(dǎo)的 MiCTL1基因沉默降低了南方根結(jié)線蟲在本氏煙中的侵染能力，而擬南芥異位表達(dá)MiCTL1不僅增加了植物對(duì)南方根結(jié)線蟲的敏感性，而且促進(jìn)了根的生長。酵母雙雜交和免疫共沉淀試驗(yàn)表明MiCTL1a與擬南芥過氧化氫酶相互作用，后者在H2O2穩(wěn)態(tài)中起重要作用。過氧化氫酶的敲除或過表達(dá)分別顯示出擬南芥對(duì)南方根結(jié)線蟲的敏感性增加或減少。此外，MiCTL1a在體內(nèi)和體外抑制過氧化氫酶活性，而且還調(diào)節(jié)擬南芥中與脅迫相關(guān)的基因表達(dá)。研究結(jié)果表明，與孢囊線蟲類似，南方根結(jié)線蟲調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞過氧化氫穩(wěn)態(tài)可能不僅是為了逃避宿主免疫反應(yīng)，而且參與取食位點(diǎn)的建立和巨大細(xì)胞的形成與維持。
       綜上所述，該研究首次報(bào)道了南方根結(jié)線蟲凝集素效應(yīng)子MiCTL1a與宿主過氧化氫酶互作，通過微調(diào)宿主與南方根結(jié)線蟲互作細(xì)胞部位的氧化還原狀態(tài)，有助于線蟲與其宿主植物之間建立寄生關(guān)系。
       中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所趙建龍博士、孫清華碩士、凌鍵副研究員和法國農(nóng)科院索菲亞農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所Micha?l Quentin博士為該論文的共同第一作者，謝丙炎研究員、茆振川研究員和Bruno Favery教授為共同通訊作者。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所楊宇紅研究員、李彥研究員、張曉平博士和法國農(nóng)科院索菲亞農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所Pierre Abad教授參與了該工作。本研究獲得國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程的資助。

       原文鏈接https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17690

圖1：MiCTL1在南方根結(jié)線蟲亞腹食道腺表達(dá)，在寄生過程分泌到植物組織中。

圖2：MiCTL1a與擬南芥過氧化氫酶互作。