大豆孢囊线虫对预寄生阶段寄主的信号识别机制

The soybean cyst nematode (SCN), Heterodera glycine, is one of the most economically important soybean pathogen. H. glycine is an obligately endoparasitic nematodes. The infective second stage juvenile in the soil are capable of detecting signal gradient to find a host, to locate to elongation area of root tips and then to penetrate the root. However, little is known about how SCN perceive chemical gradients from root and about identification of nematode genes that are involved in the early stages of parasitism. Therefore, in this study we will utilize one established Pluronic F-127 gel system to investigate nematode attraction to potential chemical cues (acid, alkaline, salt, sugar and amino acid) and different soybean genotypes. Whether synthetic and signal transduction pathway of plant hormone modulates the nematode attraction will be also studied. Comparison of transcriptome of attracted nematode with unattracted nematode will allow to identify differentially expressed gene involving in perceive and signaling to plant hosts. Further, functional analysis of a few potential genes involving in nematode attraction will be identified by RNA interference. All these studies will be utilized to establish one model system of early interaction between plant and nematode. Information on the induction chemical cues, signals and sequences will provide us will tools to determine how the host is recognized and to use this understanding for novel approaches to nematode control.

大豆孢囊线虫是世界性的病原生物之一，它是一种土传的专性定居性的内寄生线虫。在土壤中，侵染阶段的二龄幼虫能够识别寄主释放的信号并被吸引到植物根尖的伸长区域，侵染植物的根系。然而，有关大豆孢囊线虫如何识别寄主根释放的信号及参与信号识别的基因鉴定报道很少。本项目利用已建立的Pluronic F-127胶系统，探讨大豆品种和大豆孢囊线虫不同生理小种之间特异性吸引；研究酸、碱、盐、糖和氨基酸等化学信号对线虫的吸引，明确大豆释放的吸引线虫的化学物质；通过对参与调控植物激素合成及信号转导途径的拟南芥突变体对线虫的吸引筛选，明确激素调控途径是否介导线虫的识别过程；通过转录组比较线虫识别植物信号前后基因表达的差异，鉴定参与信号识别的线虫基因，并利用RNA干扰技术进行基因功能分析；预期建立一套植物和线虫早期互作的模式系统，解析线虫侵染植物根系前识别的寄主信号物质和参与基因，为制定新的线虫防治策略提供理论依据。

大豆孢囊线虫（SCN）是世界性的病原生物之一，它是一种土传的专性定居性的内寄生线虫。在土壤中，侵染阶段的二龄幼虫能够识别寄主释放的信号并被吸引到植物根尖的伸长区域，侵染植物的根系。然而，有关大豆孢囊线虫如何识别寄主根释放的信号及参与信号识别的基因鉴定报道很少。基于这个研究项目，我们开展了SCN识别植物的特异性线索研究和参与信号识别的线虫基因鉴定和功能解析。结果表明大豆根相比番茄、辣椒、万寿菊、水稻和杂草对大豆孢囊线虫SCN具有特异性吸；SCN对强酸、强碱、高盐和氨基酸都有趋化性，SCN集聚的最佳酸性pH值范围为4.98～5.46，而碱性pH范围为：8.40～8.78和9.52～9.99；氯和钠离子最适浓度分别是170.89～255.87mM和85.24～221.52mM。天冬氨酸和精氨酸对SCN的趋化作用分别在20mM和100mM最强，且高浓度的天冬氨酸对线虫具有诱杀作用；利用拟南芥植物激素的突变体，详细研究了植物激素包括水杨酸、茉莉酸、乙烯、生长素等对大豆孢囊线虫的吸引，结果发现只有乙烯参与了信号识别的调控，乙烯合成抑制剂提高了大豆和拟南芥对大豆孢囊线虫的吸引，乙烯不敏感型突变体增加了对线虫的吸引，同时SCN侵染激活乙烯信号转导途径；通过转录组（RNA-seq）全基因组范围内测序分析线虫识别植物信号的差异表达基因，共得到14235带有GO注释的Unigene,其中1180个差异表达基因，上调791个，下调389个，这些基因包括组织蛋白酶S-半胱氨酸蛋白酶、GTP结合核蛋白RAN/TC4、热激蛋白HSP70、调节神经功能的FMRF酰胺肽（FMRFamide likde peptide，FLP）等；通过qPCR验证和RNA技术干扰，重点研究了flp基因参与了线虫信号的识别。同时通过转录组分析鉴定了线虫对酸、碱和盐潜在调控线虫识别的线虫基因。通过这些研究建立了一套植物和线虫早期互作的模式系统，解析线虫侵染植物根系前的早期识别信号物质和参与基因，为今后如何能够切断线虫信号识别过程、形成新的防治策略（包括新的化学农药和抗病品种的选育）、达到防治目的提供理论依据，具有其重要的理论和实践意义。