6月17日，《自然—微生物》（ Nature Microbiology ）在線發表了中國農業科學院植物保護研究所/深圳基因組研究所研究員楊青團隊與華中農業大學教授郭曉黎團隊合作的研究論文。該研究揭示了大豆孢囊線蟲通過分泌幾丁質水解酶HgCht2拮抗根瘤菌和叢枝菌根真菌等共生微生物建立共生關系的分子機制，并開發了一種能抑制幾丁質水解酶介導的拮抗共生作用的小分子化合物，為孢囊線蟲的防治提供了新的策略。
孢囊線蟲是一類植物寄生線蟲，對大豆、馬鈴薯和甜菜等重要作物造成相當大的產量損失。線蟲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與植物的共生關系。
大豆孢囊線蟲是影響大豆產量最重要的因素之一。自20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復雜的關系，當感染大豆孢囊線蟲時，經常觀察到根瘤菌結瘤形成和固氮作用減少。然而，孢囊線蟲對共生微生物拮抗作用的分子機制尚不清楚。
研究發現，大豆孢囊線蟲在與大豆根部接觸時會高表達一種幾丁質水解酶HgCht2。通過免疫定位分析，這種幾丁質水解酶主要在線蟲ppJ2s時期的腹下食管腺中表達，該分泌器官負責產生和分泌效應物。
通過RNAi沉默幾丁質水解酶，不影響大豆孢囊線蟲的移動性和寄生性，但可以使大豆上根瘤的數目恢復。這表明幾丁質水解酶雖然不是線蟲發育和寄生所必需的，但是對抑制根瘤菌共生很重要，進化分析表明這種幾丁質水解酶在所有孢囊線蟲中都具有保守性。
進一步研究發現，這種幾丁質水解酶可以水解根瘤菌和菌根真菌產生的共生信號分子——脂質殼寡糖（LCOs）和殼寡糖（COs），從而抑制共生。研究解析了幾丁質水解酶三維結構以及其與殼寡糖和脂質殼寡糖結合的復合物結構，闡明了幾丁質水解酶的底物結合和水解機制。
基于三維結構，研究設計開發了一種HgCht2抑制劑1516b，該化合物能夠解除孢囊線蟲對根瘤菌和叢枝菌根真菌共生的拮抗作用，一方面可以滿足植物的營養需求增加產量，另一方面也可以幫助植物減輕孢囊線蟲的危害。
楊青和郭曉黎為共同通訊作者。植保所研究員陳威和已畢業客座博士生王迪為該論文的共同第一作者。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。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41564-024-01727-5
