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《线虫与大豆早期互作分子调控机制研究取得进展》

  • 编译者： 季雪婧
  • 发布时间：2025-10-31

  • 大豆孢囊线虫（Heterodera glycines）严重威胁大豆生产。线虫有精准的化学感知系统，能识别寄主根部分泌的信号物质，进而实现定向定位和侵染寄主。揭示线虫化感系统分子调控机制，可为阐明其寄主识别过程、开发新型特异性杀线剂提供关键支撑。近期，中国科学院东北地理与农业生态研究所在解析大豆孢囊线虫与寄主早期互作分子机制方面取得进展。研究团队鉴定并解析了调控线虫响应寄主根部pH值与盐离子信号的关键候选基因功能：瞬时受体电位香草酸通道（TRPV）家族基因Hg-osm-9、Hg-ocr-2及G蛋白α亚基基因Hg-goa-1。研究利用WormLab线虫行为分析系统和RNA干扰等功能验证手段，发现三者在侵染性二龄幼虫尾部感器中高水平表达，且存在协同互作关系。其中，Hg-osm-9与Hg-ocr-2协同调控线虫对寄主根部信号的趋化行为，Hg-goa-1主要影响线虫运动能力，且三者均在不同程度上调控线虫的侵染力与繁殖力。研究进一步揭示了TRPV通道与G蛋白α亚基互作调控线虫化感、运动与寄生的分子机制，为解析线虫感知寄主信号的分子基础提供了新证据。研究大豆孢囊线虫化感与寄主识别的关键分子机制，为其精准防控及特异性分子靶标型杀线剂的开发提供了新思路。相关研究成果发表在Journal of Agricultural & Food Chemistry上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。

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    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：zhangyi8606
    • 发布时间：2020-12-11
    • 大豆胞囊线虫（Soybean cyst nematode, SCN; Heteroderaglycines）病是引起大豆减产的病害之一，研究大豆-线虫互作机制对提出新的病害防控策略、培育抗胞囊线虫病的大豆新品种具有重要意义。DNA甲基化（DNA methlation）是一种表观遗传标记，在植物生长发育及响应各种生物或非生物胁迫过程中发挥调控作用。研究表明，胞囊线虫侵染会引起寄主植物基因组DNA甲基化的改变（Rambani et al., 2015; Hewezi et al., 2017;Rambani et al., 2020），基因功能研究揭示，某些特定基因的DNA甲基化状态变化直接参与植物与胞囊线虫互作的调控（Hewezi et al., 2017;Rambani et al., 2020）。因此，寄主植物DNA甲基化模式的改变可能在线虫寄生和调控植物适应性响应中均发挥作用。然而，在SCN与寄主大豆互作中是否也存在DNA甲基化对于miRNA基因表达的调控作用尚未研究。 该研究以对SCN有显著抗、感差异的大豆近等基因系（NIL-S和NIL-R）为材料，在全基因组水平鉴定并分析SCN侵染过程中NIL-S、NIL-R根内受DNA甲基化调控的miRNA基因的差异表达变化。在感病系NIL-S中共鉴定出82个甲基化的miRNA基因，而在抗病系NIL-R中仅有16个miRNA基因受到DNA甲基化修饰。其中，miR5032、miR5043、miR1520b和miR2107-ch16在NIL-S、NIL-R中表现出相反的DNA甲基化状态。此外，两个miR5770家族成员miR5770a和miR5770b在NIL-S中被高度甲基化，而在NIL-R中DNA甲基化水平则显著降低，表明这些miRNA基因在SCN与寄主的兼容性、非兼容性反应中发挥生理作用可能与DNA甲基化相关。基因表达分析证实，SCN侵染时，miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770a/b的甲基化状态变化会改变它们在抗、感品系内的基因表达水平，引起靶标基因受到进一步的转录调控。利用大豆发根转化系统在NIL-S中异源表达miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770b，可不同程度提高大豆对SCN的抗性。该研究揭示miRNA基因的DNA甲基化动态修饰在大豆与胞囊线虫互作过程中具有重要调控作用。 相关研究成果以Identification of differentially methylated miRNA genes during compatible and incompatible interactions between soybean and soybean cyst nematode为题，发表在Molecular plant-microbe interactions上（DOI:10.1094/MPMI-07-20-0196-R）。中国科学院东北地理与农业生态研究所副研究员胡岩峰为论文的共同第一作者，美国田纳西大学博士TarekHewezi为论文通讯作者。
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  • 《田志喜研究组在大豆茸毛密度的遗传网络调控研究取得重要进展》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：zhangyi8606
    • 发布时间：2020-12-11
    • 大豆驯化起源于中国，随后广泛传播于世界各地，为人类提供了主要的植物油和蛋白资源，是世界性的重要粮食经济作物。表皮毛是植物表皮细胞分化形成的一种特殊的细胞形态，广泛分布于植物的叶片、茎秆以及花萼等地上部器官的表面。作为植物应对外界环境（生物或者非生物胁迫）的第一道防线，表皮毛在植物的生长发育以及抗逆中发挥着极其重要的作用。此外，表皮毛也是研究植物细胞命运调控的重要模式系统之一。例如，拟南芥表皮毛作为典型的单细胞结构，其调控机制已经进行了深入的研究，即通过MYB-bHLH-WD40蛋白复合体调节下游关键基因的表达，从而控制表皮毛的分化发育。在大豆中，表皮毛被称为茸毛。大豆茸毛也是典型的单细胞结构，无分支。研究发现，大豆茸毛密度与抗旱和抗虫等重要性状密切相关，然而关于大豆表皮毛发育的遗传基础和分子机理还不清楚。 中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜研究组主要研究方向为大豆功能基因组研究，旨在通过多组学联合的分析方法，对影响大豆产量、品质等重要农艺性状的网络调控系统进行解析，揭示调控大豆器官发生、种子发育、植株形态建成以及品质形成的内在机制，并致力于培育稳产高产优质大豆新品种。近日，该团队挖掘到调控大豆茸毛密度的三个关键基因：多毛控制基因Pd1、少毛控制基因Ps和无毛控制基因P1。发现Pd1编码HD-Zip Ⅳ类的转录因子，Ps编码一个含有WD40结构域和RING结构域的蛋白，P1编码一个含有AAI结构域的磷脂转运蛋白。 遗传分析发现，Pd1与Ps存在互作，并且Pd1和Ps调控茸毛的形成依赖于P1。进一步研究揭示，Pd1、Ps与P1三者之间存在相互调控关系：Pd1通过结合启动子促进P1和Ps的表达并且抑制Pd1自身的表达。同时，Pd1与Ps也存在分子互作，它们形成蛋白复合体共同调控下游相关基因的表达。并且Ps能够抑制Pd1的转录活性从而使大豆茸毛密度维持在一个平衡的状态。此外，赤霉素（GA）和细胞分裂素（CK）信号通路能够上调转录因子编码基因Pd1的表达（图）。该文报道的研究结果显示，大豆茸毛形成的调控模式不同于拟南芥表皮毛，是一种新的调控机制。该机制的发现对于揭示植物细胞命运调控的多样性具有十分重要的价值。 该研究于2020年10月13日在Molecular Plant杂志在线发表，题为“A Pd1-Ps-P1 Feedback Loop Controls Pubescence Density in Soybean”（DOI:10.1016/j.molp.2020.10.004）。田志喜研究组刘书林博士为文章的第一作者，田志喜研究员为文章的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、农业部和国家自然科学基金委的资助。 　　
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