【Science,Adv】日本熊本大學成功鑒定植物寄生線蟲引誘劑

RKN被認為通過感應宿主分泌的化學引誘物通過趨化性定位宿主;然而,這些引誘劑的結構和特性還不是很清楚。2021年9月,ScienceAdvances線上發表了來自日本熊本大學ShinichiroSaw團隊等題為“Root-knotnematodechemotaxisispositivelyregulatedbyl-galactosesidechainsofmucilagecarbohydraterhamnogalacturonan-I”的研究論文。該研究第一個成功地從亞麻籽中純化並鑒定出一種線蟲引誘劑。

根結線蟲(RKN)是植物寄生蟲和主要的農業害蟲,重度侵染的植物不能有效地吸收水分和無機鹽,導致生長遲緩甚至死亡。RKN被認為通過感應宿主分泌的化學引誘物通過趨化性定位宿主;然而,這些引誘劑的結構和特性還不是很清楚。2021年9月,Science Advances線上發表了來自日本熊本大學Shinichiro Saw團隊等題為“Root-knot nematode chemotaxis is positively regulated byl-galactose sidechains of mucilage carbohydrate rhamnogalacturonan-I”的研究論文。該研究第一個成功地從亞麻籽中純化並鑒定出一種線蟲引誘劑。研究發現來自亞麻籽中的純化引誘劑是結構上類似於鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-I(RG-I),並且表明純化引誘劑的l-半乳糖(l-Gal)側鏈對RKN的吸引力至關重要。

RKN是專性寄生蟲,可進入植物根部以寄主植物為食。在卵內蛻皮一次後,RKN二齡幼蟲(J2)孵化並穿越土壤,通過趨化性尋找合適的寄主植物。一旦找到合適的宿主,J2就會進入根尖並遷移到脈管系統中,在那裡它們會誘導血管細胞分化為一個擴大的專門供養器官,稱為根結。然後RKNs變得完全內生,在此期間它們以膽汁內的巨細胞為食,並在成熟前再蛻皮3次。成年雌性從膽汁中出來產卵,從中孵化出下一代J2以尋找新的宿主。RKN可以感染範圍廣泛的不同植物物種,包括具有重要經濟意義的作物植物。儘管如此,RKNs確實表現出一定程度的宿主選擇性,這表明RKNs確實具有宿主識別機制並且可以相應地改變它們的行為。

當前的線蟲處理方法,例如殺蟲劑和土壤薰蒸,在减少作物損害方面非常有效,因為它們直接殺死土壤中的線蟲。然而,農藥和土壤薰蒸的費用已成為農民的主要經濟負擔。此外,殺蟲劑和薰蒸可能會對健康和環境造成重大損害,因為已知殺蟲劑會擾亂土壤微生物群落的平衡。囙此,開發環境友好的線蟲控制方法將是理想的,如利用線蟲引誘劑來捕獲。

囙此能否尋找到RKN化學引誘劑一直國際研究的熱點。眾所周知,大豆、蕃茄、苜蓿和豌豆的根系分泌物會吸引RKN。具體而言,植物代謝物包括植物激素、胺基酸、有機酸和其他化合物已被證明可以吸引RKN。然而,在大多數植物中發現的化合物對於破譯RKN的宿主特异性可能不是很有用,因為它們更有可能作為將RKN引導到附近任何植物的一般線索。囙此從植物分泌物中純化和鑒定RKN引誘劑將有助於更好地理解决定這種RKN宿主尋找行為的機制。

該研究組一致致力於確定線蟲引誘劑,作為開發線蟲捕獲裝置的一種手段。此前,該課題組成功研發出一種在實驗室條件下培養線蟲的方法。該研究發現亞麻籽含有一種新的線蟲引誘劑。該研究通過一系列色譜純化步驟,成功地從亞麻籽分泌物中分離出一種線蟲引誘劑。進一步發現純化的引誘劑,是由細胞壁多糖組成,其結構類似於鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-I,其中交替的鼠李糖和半乳糖醛酸殘基作為主鏈,半乳糖和岩藻糖單體作為側鏈裝潢RG主鏈。

進一步的研究表明,L-半乳糖側鏈對線蟲吸引力至關重要。有趣的是,雖然D-半乳糖在植物細胞壁中很常見,但L-半乳糖相對較少。該研究認為,線蟲對L-半乳糖的獨特偏好表明它們擁有複雜的識別機制,能够區分引誘劑分子的小分子差异。進一步證實,合成的鼠李糖連接的L-半乳糖二糖足以吸引線蟲。這些糖可能不會被用作線蟲的營養來源,而是嚴格用作引誘劑。囙此,該研究的線蟲引誘劑不太可能對環境或人類健康產生負面影響,並且有潜力為永續和環境友好的農業做出貢獻。

論文連結:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh4182

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資料標籤: 植物 半乳糖
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