研究揭示孢囊线虫拮抗植物共生微生物的机制
6月17日，《自然—微生物》（Nature Microbiology）在线发表了中国农业科学院植物保护研究所/深圳基因组研究所研究员杨青团队与华中农业大学教授郭晓黎团队合作的研究论文。该研究揭示了大豆孢囊线虫通过分泌几丁质水解酶HgCht2拮抗根瘤菌和丛枝菌根真菌等共生微生物建立共生关系的分子机制，并开发了一种能抑制几丁质水解酶介导的拮抗共生作用的小分子化合物，为孢囊线虫的防治提供了新的策略。
孢囊线虫是一类植物寄生线虫，对大豆、马铃薯和甜菜等重要作物造成相当大的产量损失。线虫寄生的主要危害之一是抑制固氮根瘤菌和菌根真菌等微生物与植物的共生关系。
大豆孢囊线虫是影响大豆产量最重要的因素之一。自20世纪60年代以来，温室和田间调查都发现，共生微生物与大豆孢囊线虫之间存在复杂的关系，当感染大豆孢囊线虫时，经常观察到根瘤菌结瘤形成和固氮作用减少。然而，孢囊线虫对共生微生物拮抗作用的分子机制尚不清楚。
研究发现，大豆孢囊线虫在与大豆根部接触时会高表达一种几丁质水解酶HgCht2。通过免疫定位分析，这种几丁质水解酶主要在线虫ppJ2s时期的腹下食管腺中表达，该分泌器官负责产生和分泌效应物。
通过RNAi沉默几丁质水解酶，不影响大豆孢囊线虫的移动性和寄生性，但可以使大豆上根瘤的数目恢复。这表明几丁质水解酶虽然不是线虫发育和寄生所必需的，但是对抑制根瘤菌共生很重要，进化分析表明这种几丁质水解酶在所有孢囊线虫中都具有保守性。
进一步研究发现，这种几丁质水解酶可以水解根瘤菌和菌根真菌产生的共生信号分子——脂质壳寡糖（LCOs）和壳寡糖（COs），从而抑制共生。研究解析了几丁质水解酶三维结构以及其与壳寡糖和脂质壳寡糖结合的复合物结构，阐明了几丁质水解酶的底物结合和水解机制。
基于三维结构，研究设计开发了一种HgCht2抑制剂1516b，该化合物能够解除孢囊线虫对根瘤菌和丛枝菌根真菌共生的拮抗作用，一方面可以满足植物的营养需求增加产量，另一方面也可以帮助植物减轻孢囊线虫的危害。
杨青和郭晓黎为共同通讯作者。植保所研究员陈威和已毕业客座博士生王迪为该论文的共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国农业科学院青年创新专项、中国农业科学院农业科技创新工程等项目的资助。（来源：中国科学报 李晨）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41564-024-01727-5
