東北地理所在植物代謝途徑響應根結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，已成為制約農業可持續健康發展的主要因素之一。目前寄主植物在物質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，可以產生大量的供還原性物質合成之用的還原劑NADPH，其中間產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途徑的關鍵性調控酶，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現葡萄糖-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，農田有害生物控制課題組利用模式植物擬南芥突變體、結合生理生化及細胞生物學等手段深入研究PPP途徑的關鍵酶G6PDH在根結線蟲與寄主植物互作中的生物學功能及其調控機制。研究表明，根結線蟲侵染導致寄主根內G6PDH酶活性顯著升高（圖1）；Western Blotting及基因表達分析顯示胞質亞型G6PDH可能主要貢獻了總酶活性提高。和野生型相比，兩種胞質亞型的功能缺失突變體g6pd5/6根內G6PDH酶活性顯著降低，然而對根結線蟲的敏感性卻顯著增加（圖2）。進一步研究發現，線蟲侵染后突變體根內的ROS水平、基礎防御相關基因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信號參與調節了植物對根結線蟲的防御反應（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。
相關研究結果已在國際期刊Annals of Botany上發表，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信號參與調控植物對根結線蟲的防御反應
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