大豆孢囊线虫通过分泌几丁质水解酶破坏共生关系

最近，中国农业科学院植物保护研究所的一个创新团队在《自然—微生物》国际期刊上发布了一篇研究论文。该研究团队发现，大豆孢囊线虫通过分泌几丁质酶来对抗共生微生物，从而破坏植物与微生物的协作关系。他们还设计了一种能够抑制这种酶的化合物，并成功证明该抑制剂可以阻止孢囊线虫的干扰行为，进而恢复植物与微生物之间的共生状态，保护植物健康。

植物寄生线虫是一种对农业生产危害极大的病原体。其中，孢囊线虫不仅威胁着谷物、大豆和马铃薯等主粮作物，还会侵害茄科和十字花科这样的经济作物。孢囊线虫的主要危害之一在于，它会阻碍固氮根瘤菌和菌根真菌与植物形成共生关系，而这些微生物对于植物吸收营养和水分至关重要。大豆孢囊线虫更是导致大豆减产的关键因素之一。

早在上世纪60年代，研究人员就通过温室和田间的观察发现，共生微生物和大豆孢囊线虫之间存在复杂的拮抗关系。当大豆感染孢囊线虫时，根瘤菌的结瘤数量和固氮能力显著下降，从而影响大豆产量；与此同时，菌根真菌也受到抑制，这对植物吸收磷的能力造成了严重影响。然而，关于“孢囊线虫为何能干扰共生微生物与植物的关系”这一问题，一直是个未解的科学难题。

此次研究以大豆孢囊线虫为研究对象，揭示了它利用一种效应子分泌器官——亚腹食道腺，分泌名为HgCht2的几丁质酶的过程。这种酶能够快速降解共生微生物和植物之间传递信息所需的关键信号分子——脂质几丁寡糖（LCOs）和几丁寡糖（COs），从而切断了植物与微生物的沟通渠道。

这些信号分子中，LCOs和COs都包含几丁四糖和几丁五糖的核心结构，其差异仅存在于末端糖基的修饰上，使其能够选择性作用于不同物种。研究人员通过生物化学和结构生物学的手段，发现HgCht2能够识别几丁四糖和几丁五糖的骨架，这让它具备广泛的活性，能够阻断几乎所有共生微生物的信号。

此外，团队还成功设计并合成了一种能够专门抑制HgCht2活性的化合物。在孢囊线虫的作用下，该抑制剂有效地阻止了HgCht2的功能，从而恢复了根瘤菌和菌根真菌的共生能力。这一发现为农业上防治孢囊线虫的危害提供了一条新路径。

在这项研究中，中国农业科学院植物保护研究所的研究员陈威和博士王迪是论文的共同第一作者，而植保所教授杨青与华中农业大学教授郭晓黎则是该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及多项中国农业科学院相关科研项目的资助。