東北地理所在植物代謝途徑響應根結(jié)線蟲侵染的研究中取得重要進展
植物寄生線蟲是分布廣泛的世界性植物病原物，已成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的主要因素之一。目前寄主植物在物質(zhì)能量代謝水平如何應對線蟲侵染的研究十分匱乏，解析寄主植物特定代謝途徑對病原線蟲的適應性變化及該途徑中關(guān)鍵酶的生物學功能具有重要的理論和實踐意義。
戊糖磷酸途徑(Pentose phosphatepathway, PPP)是植物體中葡萄糖代謝的重要途徑，可以產(chǎn)生大量的供還原性物質(zhì)合成之用的還原劑NADPH，其中間產(chǎn)物亦可作為底物原料參與核酸、氨基酸、脂肪酸等的生物合成。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PDH）是PPP途徑的關(guān)鍵性調(diào)控酶，催化第一步不可逆的葡萄糖-6-磷酸氧化反應并嚴格控制著PPP途徑的代謝速率。已有的研究表明，在植物寄生線蟲的取食點細胞中發(fā)現(xiàn)葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸、甘油酸-3-磷酸等中間物含量顯著上升，恰恰這些物質(zhì)是糖酵解途徑和PPP途徑共有的中間代謝物，暗示了PPP途徑可能在植物寄生線蟲與寄主互作中具有重要作用。為了驗證這一假設，農(nóng)田有害生物控制課題組利用模式植物擬南芥突變體、結(jié)合生理生化及細胞生物學等手段深入研究PPP途徑的關(guān)鍵酶G6PDH在根結(jié)線蟲與寄主植物互作中的生物學功能及其調(diào)控機制。研究表明，根結(jié)線蟲侵染導致寄主根內(nèi)G6PDH酶活性顯著升高（圖1）；Western Blotting及基因表達分析顯示胞質(zhì)亞型G6PDH可能主要貢獻了總酶活性提高。和野生型相比，兩種胞質(zhì)亞型的功能缺失突變體g6pd5/6根內(nèi)G6PDH酶活性顯著降低，然而對根結(jié)線蟲的敏感性卻顯著增加（圖2）。進一步研究發(fā)現(xiàn)，線蟲侵染后突變體根內(nèi)的ROS水平、基礎(chǔ)防御相關(guān)基因PRs及WRKYs的表達量明顯低于野生型。該研究證實了依賴G6PDH的PPP途徑通過激活ROS信號參與調(diào)節(jié)了植物對根結(jié)線蟲的防御反應（圖3），有助于我們從生理代謝水平更好地認識寄主與線蟲的互作機制，為選育抗植物寄生線蟲作物品種提供理論依據(jù)。
相關(guān)研究結(jié)果已在國際期刊Annals of Botany上發(fā)表，胡巖峰助理研究員為本論文第一作者，王從麗研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金（31471749, 31601617）及黑龍江省自然科學基金（QC2015036）的資助。
Yanfeng Hu, Jia You, Jisheng Li, Congli Wang. Loss of cytosolic glucose-6-phosphate dehydrogenase increases the susceptibility of Arabidopsis thaliana to root-knot nematode infection. Annals of Botany 2018 doi: 10.1093/aob/mcy124.
圖1 線蟲侵染導致G6PDH酶活及蛋白含量升高
圖2 胞質(zhì)亞型G6PDH突變體增加了對線蟲的敏感性
圖3 G6PDH通過ROS信號參與調(diào)控植物對根結(jié)線蟲的防御反應
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