中國農業科學院植保所聯合華中農大揭示大豆孢囊線蟲拮抗微生物共生機制

核心提示：該研究揭示了大豆孢囊線蟲通過分泌幾丁質水解酶拮抗共生微生物以破壞共生關係的分子機制，設計了該幾丁質水解酶的抑制劑，應用該抑制劑能阻止孢囊線蟲的拮抗作用，從而恢復植物與微生物共生並保護植物。……（世界食品網-www.shijieshipin.com）

6月17日，中國農業科學院植物保護研究所農藥分子靶標與綠色農藥創制創新團隊在國際知名學術期刊《Nature Microbiology（自然微生物）》上發表題爲“A soybean cyst nematode suppresses microbial plant symbionts using a lipochitooligosaccharide-hydrolysing enzyme”的研究論文。該研究揭示了大豆孢囊線蟲通過分泌幾丁質水解酶拮抗共生微生物以破壞共生關係的分子機制，設計了該幾丁質水解酶的抑制劑，應用該抑制劑能阻止孢囊線蟲的拮抗作用，從而恢復植物與微生物共生並保護植物。

植物寄生線蟲是一類嚴重危害農業生產的病原物，據FAO估計，全世界每年因植物寄生線蟲造成10%到15%的產量損失，直接經濟損失超過1500億美元，其中孢囊線蟲爲害尤爲嚴重。孢囊線蟲不僅爲害穀物、大豆、馬鈴薯等主糧作物，還爲害茄科、十字花科等經濟作物。孢囊線蟲寄生的主要危害之一是抑制固氮根瘤菌和菌根真菌（促進植物吸收磷和水分）等微生物與植物的共生關係。大豆孢囊線蟲是影響大豆產量最重要的因素之一。自上世紀60年代以來，溫室和田間調查都發現共生微生物與大豆孢囊線蟲之間存在複雜的拮抗關係。當大豆感染孢囊線蟲時，根瘤菌結瘤減少、固氮作用能力減弱，導致大豆產量嚴重下降；菌根真菌的菌根減少，嚴重影響植物對磷的吸收。“孢囊線蟲爲什麼能拮抗共生微生物的共生”是領域內長期未解決的科學難題。

本研究以大豆孢囊線蟲爲對象，揭示了大豆孢囊線蟲通過效應子分泌器官——亞腹食道腺分泌一種幾丁質酶HgCht2，可以快速降解所有共生微生物共生所必須的共生信號因子——脂質幾丁寡糖（LCOs）和幾丁寡糖（COs），從而阻斷了共生微生物與植物之間的信息傳遞。 這些LCOs和COs具有共同的幾丁四糖和幾丁五糖骨架，僅僅在末端糖基上具有不同的取代基以實現物種間的選擇性。該工作通過生物化學和結構生物學手段，闡明瞭HgCht2 只識別幾丁四糖和幾丁五糖骨架，使其活性具有廣譜性，從而幫助孢囊線蟲切斷所有共生生物的LCOs和COs與植物的通訊。該研究進一步設計合成了HgCht2的專一性抑制劑，在孢囊線蟲的存在下，該化合物能有效抑制孢囊線蟲HgCht2，從而有效恢復根瘤菌和菌根真菌的共生，爲防治孢囊線蟲的爲害提供了新思路。

中國農業科學院植物保護研究所陳威研究員、王迪博士爲論文的共同第一作者，植保所楊青教授和華中農業大學郭曉黎教授爲共同通訊作者。湖北省農業科學院柯少勇研究員、華中農業大學曹揚榮教授和植保所向文勝教授也參與了研究工作。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國農業科學院青年創新專項、中國農業科學院農業科技創新工程等項目的資助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41564-024-01727-5

日期：2024-06-24