6月17日，中国农业科学院植物保护研究所农药分子靶标与绿色农药创制创新团队在国际知名学术期刊《Nature Microbiology（自然微生物）》上发表题为“A soybean cyst nematode suppresses microbial plant symbionts using a lipochitooligosaccharide-hydrolysing enzyme”的研究论文。该研究揭示了大豆孢囊线虫通过分泌几丁质水解酶拮抗共生微生物以破坏共生关系的分子机制，设计了该几丁质水解酶的抑制剂，应用该抑制剂能阻止孢囊线虫的拮抗作用，从而恢复植物与微生物共生并保护植物。

       植物寄生线虫是一类严重危害农业生产的病原物，据FAO估计，全世界每年因植物寄生线虫造成10%～15%的产量损失，直接经济损失超过1,500亿美元，其中孢囊线虫为害尤为严重。孢囊线虫不仅为害谷物、大豆、马铃薯等主粮作物，还为害茄科、十字花科等经济作物。孢囊线虫寄生的主要危害之一是抑制固氮根瘤菌和菌根真菌（促进植物吸收磷和水分）等微生物与植物的共生关系。大豆孢囊线虫是影响大豆产量最重要的因素之一。自上世纪60年代以来，温室和田间调查都发现共生微生物与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，根瘤菌结瘤减少、固氮作用能力减弱，导致大豆产量严重下降；菌根真菌的菌根减少，严重影响植物对磷的吸收。“孢囊线虫为什么能拮抗共生微生物的共生”是领域内长期未解决的科学难题。

       本研究以大豆孢囊线虫为对象，揭示了大豆孢囊线虫通过效应子分泌器官——亚腹食道腺分泌一种几丁质酶HgCht2，可以快速降解所有共生微生物共生所必须的共生信号因子——脂质几丁寡糖（LCOs）和几丁寡糖（COs），从而阻断了共生微生物与植物之间的信息传递。这些LCOs和COs具有共同的几丁四糖和几丁五糖骨架，仅仅在末端糖基上具有不同的取代基以实现物种间的选择性。该工作通过生物化学和结构生物学手段，阐明了HgCht2只识别几丁四糖和几丁五糖骨架，使其活性具有广谱性，从而帮助孢囊线虫切断所有共生生物的LCOs和COs与植物的通讯。该研究进一步设计合成了HgCht2的专一性抑制剂，在孢囊线虫的存在下，该化合物能有效抑制孢囊线虫HgCht2，从而有效恢复根瘤菌和菌根真菌的共生，为防治孢囊线虫的为害提供了新思路。

       中国农业科学院植物保护研究所陈威研究员、王迪博士为论文的共同第一作者，植保所杨青教授和华中农业大学郭晓黎教授为共同通讯作者。湖北省农业科学院柯少勇研究员、华中农业大学曹扬荣教授和植保所向文胜教授也参与了研究工作。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国农业科学院青年创新专项、中国农业科学院农业科技创新工程等项目的资助。

图1  大豆孢囊线虫通过HgCht2拮抗根瘤菌的共生。（a, b）大豆根瘤菌对大豆根结瘤的影响；（c）大豆孢囊线虫不同寄生阶段HgCht2的表达量；（d）大豆根系刺激诱导线虫HgCht2的表达；（e）HgCht2的免疫定位；（f-i）对HgCht2进行RNAi后对大豆根瘤和线虫的影响；（j）线虫几丁质酶是系统发育分析。

图2  HgCht2的晶体结构及其与底物复合物结构。（a）HgCht2的整体结构；（b）HgCht2与壳寡糖的复合物结构；（c）HgCht2与脂质壳寡糖的复合物结构；（d）复合物中壳寡糖余脂质壳寡糖的叠加图；（e）HgCht2底物结合裂缝中脂质壳寡糖非还原端脂肪链和还原端磺酸基结合模式。

       原文链接：https://www.nature.com/articles/s41564-024-01727-5。