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南方根結線蟲凝集素類效應蛋白與過氧化氫酶互作促進線蟲寄生

       8月27日,中國農業科學院蔬菜花卉研究所植保研究室謝丙炎研究員病害團隊與法國農科院索菲亞農業生物技術研究所Pierre Abad教授線蟲團隊在國際知名學術期刊New Phytologist(IF 10.151)合作發表了題為“A Meloidogyne incognita C-type lectin effector targets plant catalases to promote parasitism”的研究論文。該論文報道了南方根結線蟲(Meloidogyne incognita)分泌的凝集素類效應蛋白MiCTL1a通過與宿主過氧化氫酶互作,調控細胞內活性氧穩態幫助線蟲寄生的分子機制。

 


       植物寄生線蟲是一類專性活體營養型寄生蟲,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。根結線蟲種類超過90種,能夠侵染超過5500種植物,每年造成的經濟損失超過70億美元,其中南方根結線蟲是農業生產上危害最嚴重的一類根結線蟲。根結線蟲的防治主要包括物理防治、生物防治和化學防治,但在田間應用存在見效慢、經濟效益低、防治效果差和污染環境等弊端。種植抗病品種是解決問題的關鍵,但是抗性基因缺乏、商業化應用的抗病基因不耐高溫、抗病機理不透徹及毒性群體的出現制約著分子育種技術的開發和應用。因此,解析根結線蟲與宿主互作的分子機制,闡明根結線蟲的致病機理,能夠為尋找防治根結線蟲的新靶標并制定新策略提供重要理論依據。近些年研究表明,根結線蟲食道腺表達的效應蛋白在線蟲與宿主互作過程發揮著重要作用。解析效應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。
       凝集素是一類廣泛存在于動物和植物中的非免疫來源的糖結合蛋白,與各類細胞發生作用,發揮重要的生物學功能。根據蛋白序列相似性,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,參與免疫調控并具有保護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C型凝集素蛋白,可將它們劃分為七類,特異地響應不同的病原菌產生免疫反應。在動物寄生線蟲中,C型凝集素在寄生階段分泌進入宿主,可能調節宿主的免疫反應。在植物寄生線蟲中,水稻根結線蟲(Meloidogyne graminicola)存在三個C型凝集素序列,定位于亞腹食道腺,在侵染早期表達量顯著升高,表明其在線蟲寄生過程可能起非常重要的作用。南方根結線蟲存在59個凝集素類蛋白,但是C型凝集素類效應蛋白的功能和在植物中的靶標蛋白仍然未知。
       本研究證明了南方根結線蟲凝集素類效應蛋白MiCTL1在亞腹食道腺表達、在寄生過程分泌到植物組織中,在線蟲寄生初期表達量顯著增加,推測其可能在線蟲與宿主互作、取食位點建立、巨大細胞形成和調節植物免疫方面發揮重要作用。病毒誘導的 MiCTL1基因沉默降低了南方根結線蟲在本氏煙中的侵染能力,而擬南芥異位表達MiCTL1不僅增加了植物對南方根結線蟲的敏感性,而且促進了根的生長。酵母雙雜交和免疫共沉淀試驗表明MiCTL1a與擬南芥過氧化氫酶相互作用,后者在H2O2穩態中起重要作用。過氧化氫酶的敲除或過表達分別顯示出擬南芥對南方根結線蟲的敏感性增加或減少。此外,MiCTL1a在體內和體外抑制過氧化氫酶活性,而且還調節擬南芥中與脅迫相關的基因表達。研究結果表明,與孢囊線蟲類似,南方根結線蟲調節宿主細胞過氧化氫穩態可能不僅是為了逃避宿主免疫反應,而且參與取食位點的建立和巨大細胞的形成與維持。
       綜上所述,該研究首次報道了南方根結線蟲凝集素效應子MiCTL1a與宿主過氧化氫酶互作,通過微調宿主與南方根結線蟲互作細胞部位的氧化還原狀態,有助于線蟲與其宿主植物之間建立寄生關系。
       中國農業科學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科院索菲亞農業生物技術研究所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。中國農業科學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科院索菲亞農業生物技術研究所Pierre Abad教授參與了該工作。本研究獲得國家自然科學基金、中國農業科學院基本科研業務費和中國農業科學院創新工程的資助。

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

 

圖1:MiCTL1在南方根結線蟲亞腹食道腺表達,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。

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