近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所農(nóng)藥分子靶標(biāo)與綠色農(nóng)藥創(chuàng)制創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《自然—微生物》（ Nature Microbiology ）上發(fā)表研究論文。該研究揭示了大豆孢囊線蟲(chóng)通過(guò)分泌幾丁質(zhì)水解酶拮抗共生微生物以破壞共生關(guān)系的分子機(jī)制，設(shè)計(jì)了該幾丁質(zhì)水解酶的抑制劑，應(yīng)用該抑制劑能阻止孢囊線蟲(chóng)的拮抗作用，從而恢復(fù)植物與微生物共生并保護(hù)植物。
植物寄生線蟲(chóng)是一類嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的病原物，孢囊線蟲(chóng)不僅為害谷物、大豆、馬鈴薯等主糧作物，還為害茄科、十字花科等經(jīng)濟(jì)作物。孢囊線蟲(chóng)寄生的主要危害之一是抑制固氮根瘤菌和菌根真菌（促進(jìn)植物吸收磷和水分）等微生物與植物的共生關(guān)系。大豆孢囊線蟲(chóng)是影響大豆產(chǎn)量最重要的因素之一。
自上世紀(jì)60年代以來(lái)，溫室和田間調(diào)查都發(fā)現(xiàn)共生微生物與大豆孢囊線蟲(chóng)之間存在復(fù)雜的拮抗關(guān)系。當(dāng)大豆感染孢囊線蟲(chóng)時(shí)，根瘤菌結(jié)瘤減少、固氮作用能力減弱，導(dǎo)致大豆產(chǎn)量嚴(yán)重下降；菌根真菌的菌根減少，嚴(yán)重影響植物對(duì)磷的吸收。“孢囊線蟲(chóng)為什么能拮抗共生微生物的共生”是領(lǐng)域內(nèi)長(zhǎng)期未解決的科學(xué)難題。
研究以大豆孢囊線蟲(chóng)為對(duì)象，揭示了大豆孢囊線蟲(chóng)通過(guò)效應(yīng)子分泌器官——亞腹食道腺分泌一種幾丁質(zhì)酶HgCht2，可以快速降解所有共生微生物共生所必須的共生信號(hào)因子——脂質(zhì)幾丁寡糖（LCOs）和幾丁寡糖（COs），從而阻斷了共生微生物與植物之間的信息傳遞。
這些LCOs和COs具有共同的幾丁四糖和幾丁五糖骨架，僅僅在末端糖基上具有不同的取代基以實(shí)現(xiàn)物種間的選擇性。該工作通過(guò)生物化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)手段，闡明了HgCht2 只識(shí)別幾丁四糖和幾丁五糖骨架，使其活性具有廣譜性，從而幫助孢囊線蟲(chóng)切斷所有共生生物的LCOs和COs與植物的通訊。
該研究進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成了HgCht2的專一性抑制劑，在孢囊線蟲(chóng)的存在下，該化合物能有效抑制孢囊線蟲(chóng)HgCht2，從而有效恢復(fù)根瘤菌和菌根真菌的共生，為防治孢囊線蟲(chóng)的為害提供了新思路。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所研究員陳威、博士王迪為論文共同第一作者，植保所教授楊青和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授郭曉黎為共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新專項(xiàng)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41564-024-01727-5
