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業生產的重要的土傳病原類群，這類線蟲在侵染寄主植物前表現的趨化、感知與聚集行為，是其成功建立寄生關系的關鍵。然而，當前關于線蟲在侵染前如何識別和響應植物信號的研究仍較匱乏。
近日，東北地理所農田有害生物控制學科組在多年研究積累的基礎上，從線蟲生態行為、信號轉導和代謝響應等層面解析了線蟲聚集行為對寄主物種間的差異、分子調控機制及其生態學意義，為構建線蟲病害綠色防控體系和推動根際微生態研究提供了新思路與技術途徑。研究以大豆和南方根結線蟲為研究對象，結合預寄生階段（處理5h）線蟲的轉錄組與植物根系分泌物的代謝組數據，首次構建了線蟲由感知植物信號到進入“侵染準備”狀態的分子響應圖譜。共發現846個差異表達基因，其中GPCRs、NHRs、AChRs等趨化感知相關基因顯著上調，表明線蟲已啟動預侵染程序。特別是59個候選效應子中有58個在未侵入植物前上調，涉及Pl、Exp、Xyl、Eng、Vap等關鍵效應子，表明線蟲能僅靠根系信號提前激活寄生的機制。此外，線蟲在預寄生階段表現出代謝重編程，溶酶體功能基因上調，解毒通路如P450和GST下調，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雜的雙向調控機制（圖1）。研究成果發表在Phytopathology，并被評為第115期“Editor’s Picks”（圖3）。
進一步研究發現，南方根結線蟲（Meloidogyne incognita）在感知根尖信號后常形成“球狀”聚集，利于協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和寄主擴展中的核心作用（圖2）。論文提出可通過調控土壤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線蟲聚集，從而降低侵染效率，研究結果為生態調控與驅蟲藥物開發提供新思路（圖2）。相關研究成果發表在Applied Soil Ecology。
以上研究成果近日發表在國際期刊《Phytopathology》和《Applied Soil Ecology》上，東北地理所農田有害生物控制學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，云南大學牛雪梅教授參與了Applied Soil Ecology論文相關研究工作。研究得到國家自然科學基金和長春市科技發展計劃項目共同資助。
圖1 南方根結線蟲響應植物根系分泌物的細胞信號轉導模型
圖2 大豆孢囊線蟲和南方根結線蟲集聚行為的差異、與寄主范圍的關聯及生態學調控策略示意圖
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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