东北地理所在植物代谢途径响应根结线虫侵染的研究中取得重要进展

植物寄生线虫是分布广泛的世界性植物病原物，已成为制约农业可持续健康发展的主要因素之一。目前寄主植物在物质能量代谢水平如何应对线虫侵染的研究十分匮乏，解析寄主植物特定代谢途径对病原线虫的适应性变化及该途径中关键酶的生物学功能具有重要的理论和实践意义。

戊糖磷酸途径(Pentose phosphatepathway, PPP)是植物体中葡萄糖代谢的重要途径，可以产生大量的供还原性物质合成之用的还原剂NADPH，其中间产物亦可作为底物原料参与核酸、氨基酸、脂肪酸等的生物合成。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）是PPP途径的关键性调控酶，催化第一步不可逆的葡萄糖-6-磷酸氧化反应并严格控制着PPP途径的代谢速率。已有的研究表明，在植物寄生线虫的取食点细胞中发现葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸、甘油酸-3-磷酸等中间物含量显著上升，恰恰这些物质是糖酵解途径和PPP途径共有的中间代谢物，暗示了PPP途径可能在植物寄生线虫与寄主互作中具有重要作用。为了验证这一假设，农田有害生物控制课题组利用模式植物拟南芥突变体、结合生理生化及细胞生物学等手段深入研究PPP途径的关键酶G6PDH在根结线虫与寄主植物互作中的生物学功能及其调控机制。研究表明，根结线虫侵染导致寄主根内G6PDH酶活性显著升高（图1）；Western Blotting及基因表达分析显示胞质亚型G6PDH可能主要贡献了总酶活性提高。和野生型相比，两种胞质亚型的功能缺失突变体g6pd5/6根内G6PDH酶活性显著降低，然而对根结线虫的敏感性却显著增加（图2）。进一步研究发现，线虫侵染后突变体根内的ROS水平、基础防御相关基因PRs及WRKYs的表达量明显低于野生型。该研究证实了依赖G6PDH的PPP途径通过激活ROS信号参与调节了植物对根结线虫的防御反应（图3），有助于我们从生理代谢水平更好地认识寄主与线虫的互作机制，为选育抗植物寄生线虫作物品种提供理论依据。

相关研究结果已在国际期刊Annals of Botany上发表，胡岩峰助理研究员为本论文第一作者，王从丽研究员为通讯作者。该研究得到中科院百人计划、国家自然科学基金（31471749, 31601617）及黑龙江省自然科学基金（QC2015036）的资助。

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.

图1 线虫侵染导致G6PDH酶活及蛋白含量升高

图2 胞质亚型G6PDH突变体增加了对线虫的敏感性

图3 G6PDH通过ROS信号参与调控植物对根结线虫的防御反应