蔬菜花卉所植保病害課題組揭示南方根結線蟲效應蛋白與植物轉錄因子互作促進線蟲寄生的分子機制

      近日，中國農業科學院蔬菜花卉研究所植保病害課題組茆振川團隊與法國農科院索菲亞農業生物技術研究所Pierre Abad團隊在國際知名學術期刊Plant Communications（IF 10.5）在線發表了題為“A root-knot nematode effector Mi2G02 hijacks a host plant trihelix transcription factor for nematode parasitism”的研究論文。該論文報道了南方根結線蟲（Meloidogyne incognita）分泌的Mi2G02效應蛋白與宿主trihelix轉錄因子GT-3a互作，調控下游靶標基因表達幫助線蟲寄生的分子機制。

      “每年在全球造成農作物損失達1570億美元，線蟲已經成為農作物的第二大類病害”，在今年的兩會通道上，全國人大代表、中國科學院院士、云南大學教授張克勤介紹，線蟲雖小，但對農作物損害很大，會導致作物減產甚至絕收。在我國，根結線蟲和孢囊線蟲是危害最嚴重、最具經濟重要性的兩類農作物重要病原線蟲。根結線蟲幾乎可以侵染所有栽培植物，特別是一些蔬菜作物如番茄、黃瓜、辣椒都是根結線蟲最易侵染的寄主。我國蔬菜種植面積超過3億畝，其中設施蔬菜面積超過6千萬畝，受根結線蟲為害，蔬菜一般可減產30%以上。隨著全球氣候變化、國內種植制度改革以及農業機械化、規?；透咧缔r業的快速發展，蔬菜根結線蟲病害呈嚴重發生趨勢。根結線蟲在寄生過程由食道腺和表皮等器官分泌大量效應蛋白進入宿主植物細胞，具有降解植物細胞壁、調節植物免疫反應、干擾激素合成和信號傳導、調控基因表達和細胞發育等功能。通過解析根結線蟲寄生關鍵效應蛋白與宿主靶標蛋白的功能，揭示根結線蟲致病機理，為尋找防治根結線蟲的新靶標、開發RNA生物農藥提供理論依據。

      本研究利用宿主介導的基因沉默、轉基因驗證，證明南方根結線蟲Mi2G02效應蛋白參與調控根長和線蟲取食細胞發育。酵母雙雜交、雙分子熒光互補、螢火蟲素酶互補、免疫共沉淀等試驗證實Mi2G02與植物trihelix轉錄因子GT-3a在細胞核中互作，Mi2G02的核定位信號、ShKT結構域和GT-3a的DNA-binding結構域是互作關鍵區域。GT-3a在植物根系發育特別是側根發育過程具有重要作用，也是根結線蟲成功寄生的關鍵植物靶標。GT-3a具有轉錄抑制功能，能夠特異結合TOZ和RAD23基因的啟動子序列病抑制基因表達。進一步研究表明，Mi2G02通過抑制26S蛋白酶體介導的蛋白降解功能，穩定GT-3a蛋白，增加對TOZ和RAD23基因表達的抑制作用。綜上所述，該研究報道了南方根結線蟲寄生關鍵效應蛋白Mi2G02與宿主轉錄因子GT-3a互作并抑制其降解，調控下游靶標基因表達，從而幫助線蟲與其宿主建立寄生關系的分子機制。

圖. Mi2G02效應蛋白與宿主GT-3a互作幫助線蟲寄生的模式圖

      中國農業科學院蔬菜花卉研究所趙建龍研究員、碩士生黃開偉和博士生劉銳為該論文的共同第一作者，趙建龍研究員、茆振川研究員和Micha?l Quentin教授為共同通訊作者。中國農業科學院蔬菜花卉研究所楊宇紅研究員、凌鍵研究員、李彥研究員、謝丙炎研究員、碩士生來雨情，中國農業大學簡恒教授和法國農科院索菲亞農業生物技術研究所Pierre Abad教授、Bruno Favery教授參與了該工作。本研究獲得中國農業科學院青年創新專項、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、中國農業科學院創新工程和國家大宗蔬菜產業技術體系等多項基金的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100723