東北地理所在植物–線蟲早期互作機制研究方面取得重要進展
植物寄生線蟲是嚴重影響全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要的土傳病原類群，這類線蟲在侵染寄主植物前表現(xiàn)的趨化、感知與聚集行為，是其成功建立寄生關(guān)系的關(guān)鍵。然而，當(dāng)前關(guān)于線蟲在侵染前如何識別和響應(yīng)植物信號的研究仍較匱乏。
近日，東北地理所農(nóng)田有害生物控制學(xué)科組在多年研究積累的基礎(chǔ)上，從線蟲生態(tài)行為、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝響應(yīng)等層面解析了線蟲聚集行為對寄主物種間的差異、分子調(diào)控機制及其生態(tài)學(xué)意義，為構(gòu)建線蟲病害綠色防控體系和推動根際微生態(tài)研究提供了新思路與技術(shù)途徑。研究以大豆和南方根結(jié)線蟲為研究對象，結(jié)合預(yù)寄生階段（處理5h）線蟲的轉(zhuǎn)錄組與植物根系分泌物的代謝組數(shù)據(jù)，首次構(gòu)建了線蟲由感知植物信號到進入“侵染準備”狀態(tài)的分子響應(yīng)圖譜。共發(fā)現(xiàn)846個差異表達基因，其中GPCRs、NHRs、AChRs等趨化感知相關(guān)基因顯著上調(diào)，表明線蟲已啟動預(yù)侵染程序。特別是59個候選效應(yīng)子中有58個在未侵入植物前上調(diào)，涉及Pl、Exp、Xyl、Eng、Vap等關(guān)鍵效應(yīng)子，表明線蟲能僅靠根系信號提前激活寄生的機制。此外，線蟲在預(yù)寄生階段表現(xiàn)出代謝重編程，溶酶體功能基因上調(diào)，解毒通路如P450和GST下調(diào)，資源重新分配以支持寄生活動。同時，線蟲的行為也反向影響植物根系代謝物，說明雙方在早期即存在復(fù)雜的雙向調(diào)控機制（圖1）。研究成果發(fā)表在Phytopathology，并被評為第115期“Editor’s Picks”（圖3）。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，南方根結(jié)線蟲（Meloidogyne incognita）在感知根尖信號后常形成“球狀”聚集，利于協(xié)同侵染和擴大寄主范圍，而大豆孢囊線蟲（Heterodera glycines）分布松散，具更強寄主專一性。通過分析GPCR、NHR、CNG、TRPV等感知通路和ascaroside類信息素，明確了聚集行為在根際適應(yīng)和寄主擴展中的核心作用（圖2）。論文提出可通過調(diào)控土壤pH、釋放干擾信息素、靶向感知通路或種植釋放趨避物的作物等方式干預(yù)線蟲聚集，從而降低侵染效率，研究結(jié)果為生態(tài)調(diào)控與驅(qū)蟲藥物開發(fā)提供新思路（圖2）。相關(guān)研究成果發(fā)表在Applied Soil Ecology。
以上研究成果近日發(fā)表在國際期刊《Phytopathology》和《Applied Soil Ecology》上，東北地理所農(nóng)田有害生物控制學(xué)科組碩士研究生竇悅文與特別研究助理姜野為Phytopathology論文共同第一作者，蔣丹博士為Applied Soil Ecology論文第一作者，李春杰正高級工程師和王從麗研究員為論文通訊作者，云南大學(xué)牛雪梅教授參與了Applied Soil Ecology論文相關(guān)研究工作。研究得到國家自然科學(xué)基金和長春市科技發(fā)展計劃項目共同資助。
圖1 南方根結(jié)線蟲響應(yīng)植物根系分泌物的細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模型
圖2 大豆孢囊線蟲和南方根結(jié)線蟲集聚行為的差異、與寄主范圍的關(guān)聯(lián)及生態(tài)學(xué)調(diào)控策略示意圖
圖3 研究論文被 Phytopathology期刊評為第115期 “Editor’s Picks”
論文信息：
Yuewen Dou#,Ye Jiang#,Minghui Huang,Dan Jiang,Doudou Chang,Lili Wu,Qi Wang,Lei Guo,Liuli Wei,Binyu Xu,Chunjie Li*,and Congli Wang*. Early Soybean–Nematode Interactions: Transcriptomic Responses of Meloidogyne incognita at the Preparasitic Stage and Metabolomic Profiling of Root Exudates. Phytopathology,2025,115(6):701-717.
Dan Jiang,Congli Wang*,Xuemei Niu,Ye Jiang,Minghui Huang,Chunjie Li*. Group behaviors and dynamics of plant-parasitic nematodes: Aggregation,clumping and their implications. Applied Soil Ecology,2025,209: 106043.
論文鏈接:
https://doi.org/10.1094/PHYTO-12-24-0404-R
https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2025.106043
https://apsjournals.apsnet.org/phytopathologyeditorspicks
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