植物激素對植物寄生線蟲取食位點(diǎn)建立與發(fā)育的影響

黃文坤 于敬文 賈建平，2 彭德良

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所 植物病蟲害生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，蘭州 730070）

植物寄生線蟲包括內(nèi)寄生線蟲（endoparasistic nematodes）和外寄生線蟲（exoparasitic nematode）兩大類，其中根結(jié)線蟲（Meloidogynespp.）和孢囊線蟲（Heteroderaspp.）是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害最大的兩類內(nèi)寄生線蟲，能感染大多數(shù)農(nóng)作物［1］。內(nèi)寄生線蟲在植物根部誘導(dǎo)形成復(fù)雜的取食結(jié)構(gòu)（feeding sites），線蟲依賴這種取食結(jié)構(gòu)汲取營養(yǎng)，其中根結(jié)線蟲誘導(dǎo)形成巨細(xì)胞（giant-cells）、孢囊線蟲誘導(dǎo)形成合胞體（syncytium）［2］。根結(jié)線蟲具有多食性，為了完成巨細(xì)胞的發(fā)育，可以與大多數(shù)植物的生理活動互作，它們能夠“掠奪”植物基礎(chǔ)發(fā)育所需要的營養(yǎng)，如須根形成所需要的誘導(dǎo)物質(zhì)。為了明確未感染線蟲的植物根部發(fā)育過程中的信號介導(dǎo)過程，通過組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)成百個(gè)基因在植物與線蟲互作過程中的特異表達(dá)［3］。已有證據(jù)表明，植物寄生線蟲取食細(xì)胞的發(fā)育通過模擬或干擾植物已有的發(fā)育機(jī)制來進(jìn)行。

植物激素（phytohormones）是調(diào)節(jié)植物生長和發(fā)育的小型信號分子。除5種典型的植物激素：生長 素（auxin，IAA）、乙 烯（ethylene，ETH）、細(xì)胞分裂素（cytokinin，CTK）、赤霉素（gibberellin，GA）、脫落酸（abscisic acid，ABA）外，最近又發(fā)現(xiàn)了幾種激素：油菜素類固醇（brassinosteroids，BRs）、茉莉酸（jasmonic acid，JA）、水楊酸（salicylic acid，SA）和獨(dú)腳金內(nèi)酯（strigolactones，SL）。上述植物激素參與調(diào)節(jié)許多植物生長過程，包括器官形成、分生組織功能和遠(yuǎn)程信號傳遞等［4］。其中植物生長素能夠誘導(dǎo)分生組織中的細(xì)胞分裂；乙烯能夠促進(jìn)線蟲取食位點(diǎn)形成；細(xì)胞分裂素能夠促進(jìn)分生組織中的細(xì)胞分化；赤霉素促進(jìn)分生組織發(fā)育及成熟；多肽類激素則參與阻礙植物細(xì)胞正常發(fā)育并介導(dǎo)線蟲取食位點(diǎn)的形成。植物激素在協(xié)調(diào)植物對互利或寄生生物的信號反應(yīng)過程中起關(guān)鍵作用，這些生物體通過控制特定細(xì)胞類型的激素平衡與宿主建立起親密的互作關(guān)系。誘導(dǎo)線蟲取食部位的主要信號是分泌蛋白釋放到巨細(xì)胞（合胞體）中，誘導(dǎo)多核細(xì)胞復(fù)合物發(fā)揮營養(yǎng)庫的作用，這些取食位點(diǎn)的形成是植物基因表達(dá)的巨大變化和分化根細(xì)胞重組的結(jié)果。由于植物激素是參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的重要因素，因此直接或間接調(diào)控局部激素平衡是線蟲改變植物細(xì)胞基因表達(dá)模式的重要途徑。本文重點(diǎn)討論了植物激素在孢囊線蟲和根結(jié)線蟲形成取食位點(diǎn)的分子機(jī)制中的重要作用。

1 線蟲取食位點(diǎn)建立與形成

1.1 根結(jié)線蟲取食位點(diǎn)的發(fā)育

根結(jié)線蟲通過單個(gè)細(xì)胞擴(kuò)張形成的取食細(xì)胞稱為巨細(xì)胞。巨細(xì)胞通常由圍繞線蟲前端的中柱內(nèi)的薄壁細(xì)胞形成，食道腺分泌物是刺激巨細(xì)胞形成的主要分子，這些分泌物是從線蟲口針中釋放、刺穿細(xì)胞壁并與植物細(xì)胞膜接觸在膜上形成一個(gè)微小的孔，以便進(jìn)入被寄生細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行取食。早期研究發(fā)現(xiàn)根的中柱細(xì)胞和皮層細(xì)胞在線蟲周圍增殖，增加了根的周長［5］。如Wyss等［6］研究發(fā)現(xiàn)根結(jié)線蟲幼蟲通過穿透和破壞表皮細(xì)胞進(jìn)入根部靠近根尖的伸長區(qū)，隨后遷移到分生組織，最后回到維管組織中，其頭部在靠近維管組織的伸長區(qū)進(jìn)行取食。隨著取食部位的發(fā)展，它們表現(xiàn)為根上的膨大區(qū)域稱為根結(jié)。

巨細(xì)胞在取食位點(diǎn)形成血管狀組織網(wǎng)絡(luò)并且細(xì)胞壁向內(nèi)生長以便獲得營養(yǎng)物質(zhì)，而植物根系木質(zhì)部和韌皮部都是巨細(xì)胞營養(yǎng)的貯存場所。在巨細(xì)胞中線蟲將獲得的營養(yǎng)物質(zhì)儲存在富含蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)的細(xì)胞質(zhì)中［7］。此外，根結(jié)線蟲誘導(dǎo)巨細(xì)胞細(xì)胞壁加厚、松弛來達(dá)到擴(kuò)張的目的，并形成內(nèi)生組織以增加質(zhì)膜表面積來增加線蟲取食位點(diǎn)食物的獲?。?］。這種與巨細(xì)胞的擴(kuò)張和功能相關(guān)的細(xì)胞壁改變是由宿主基因的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)所介導(dǎo)的。根結(jié)線蟲誘導(dǎo)的巨細(xì)胞的細(xì)胞壁經(jīng)過結(jié)構(gòu)修飾其主要成分中含有高甲酯HG型果膠、木葡聚糖和阿拉伯聚糖［9］。巨細(xì)胞的關(guān)鍵特征包括：大量的細(xì)胞核（由無胞質(zhì)分裂的重復(fù)核分裂形成）、大量的次生細(xì)胞壁向內(nèi)生長（增加取食位點(diǎn)的表面積）和大量的細(xì)胞器包括高爾基體堆、小液泡、質(zhì)體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體。新形成的巨細(xì)胞含有大液泡，占細(xì)胞體積的很大一部分，而成熟的巨細(xì)胞含有小液泡，并且大部分細(xì)胞內(nèi)含物是細(xì)胞質(zhì)［10］。

1.2 孢囊線蟲取食位點(diǎn)的發(fā)育

不同種類的孢囊線蟲改變了植物的發(fā)育途徑，從而有利于其取食位點(diǎn)的發(fā)育。孢囊線蟲細(xì)胞壁破裂后細(xì)胞融合而產(chǎn)生的多核取食細(xì)胞稱為合胞體，合胞體是由相鄰細(xì)胞原生質(zhì)體融合形成的，它的發(fā)育是由孢囊線蟲二齡幼蟲從皮質(zhì)或薄壁細(xì)胞中選擇的單個(gè)細(xì)胞開始的［11］。當(dāng)根系處于初級生長狀態(tài)時(shí)，孢囊線蟲二齡幼蟲侵入主根和側(cè)根的伸長區(qū)或根毛區(qū)。當(dāng)根處于次生生長狀態(tài)并被多層外皮層或周皮覆蓋時(shí)，則很少有孢囊線蟲侵入側(cè)根形成區(qū)。

合胞體是孢囊線蟲侵染寄主后的唯一營養(yǎng)來源。合胞體通過在皮層細(xì)胞和內(nèi)胚層細(xì)胞之間形成細(xì)胞壁開口進(jìn)而向微管束擴(kuò)散，這一部分被稱為“皮層橋”［12］。在合胞體中細(xì)胞質(zhì)增大，液泡體積縮小，細(xì)胞核和核仁增大，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體、質(zhì)體和線粒體含量豐富。合胞質(zhì)顯著增長且流動性增加表明其代謝活動增強(qiáng)。合胞核增大，核仁增大，質(zhì)體（前質(zhì)體和淀粉體）和線粒體在合胞質(zhì)中迅速增殖。合胞體細(xì)胞壁會被線蟲食道腺通過針孔釋放的細(xì)胞壁修飾蛋白混合物軟化。合胞體細(xì)胞壁顯著增厚，合胞體細(xì)胞壁在孢囊線蟲取食位點(diǎn)的發(fā)育有兩方面作用［13］：一方面，合胞體細(xì)胞壁維持合胞體內(nèi)的滲透壓；另一方面，合胞體細(xì)胞壁保持柔韌性和滲透性，柔韌性擴(kuò)大取食位點(diǎn)和融合新細(xì)胞，滲透性促進(jìn)和維持合胞體對線蟲取食所需的營養(yǎng)素的吸收。

2 植物激素相關(guān)基因在線蟲取食位點(diǎn)的表達(dá)與調(diào)控方式

對差異表達(dá)的基因序列進(jìn)行聚類分析表明，線蟲取食位點(diǎn)形成過程中的基因表達(dá)與植物激素有關(guān)。對孢囊線蟲［14］和根結(jié)線蟲［15］感染的植物組織的研究結(jié)果表明，植物激素在基因表達(dá)的調(diào)控和取食位點(diǎn)的建立中起著重要作用。

2.1 植物激素相關(guān)基因的表達(dá)方式

基因篩選和功能表征揭示了負(fù)責(zé)生長素、乙烯、細(xì)胞分裂素、赤霉素和茉莉酸識別的受體以及某些肽激素的受體參與感知蛋白質(zhì)和信號傳遞［16］。通過比較不同植物激素的相關(guān)受體，我們發(fā)現(xiàn)膜相關(guān)受 體CRE1、BRI1和ETR1/ETR2/EIN4/ERS1/ERS2分別感知細(xì)胞分裂素、油菜素類固醇和乙烯，并激活已知的信號傳遞。相比之下，細(xì)胞核受體TIR1、GID1和COI1分別涉及生長素，赤霉素和茉莉酸信號，以及泛素-蛋白酶體途徑［17］。許多對線蟲差異表達(dá)的基因都與生長素和乙烯相關(guān)，少數(shù)基因與赤霉素、細(xì)胞分裂素和脫落酸相關(guān)［18］。研究發(fā)現(xiàn)孢囊線蟲誘導(dǎo)的合胞體過程中生長素和乙烯在取食位點(diǎn)發(fā)育過程中發(fā)揮作用，多肽類激素也參與了合胞體的形成［19］，植物生長素與細(xì)胞分裂素的交互作用是植物根發(fā)育中激素調(diào)節(jié)的主要方式，包括根端分生組織（RAM）的產(chǎn)生、須根的形成及維管束組織的發(fā)育等［20］。線蟲通過干擾上游植物激素合成的信號傳導(dǎo)來改變植物基本結(jié)構(gòu)發(fā)育。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在根結(jié)線蟲誘導(dǎo)的根結(jié)中檢測到植物生長素及其前體的濃度增加，表明植物生長素在根內(nèi)誘導(dǎo)形成的巨細(xì)胞發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用［21］。質(zhì)譜分析結(jié)果顯示，在甜菜孢囊線蟲（Heterodera schachtii）與南方根結(jié)線蟲（Meloidogyne incognita）的口針分泌物中能夠檢測到植物生長素及細(xì)胞分裂素，表明兩種激素在線蟲取食位點(diǎn)的發(fā)育中起作用［22］。而且，通過使用報(bào)告基因的植物激素感應(yīng)系統(tǒng)，證明了植物生長素及細(xì)胞分裂素相關(guān)基因在巨細(xì)胞、根結(jié)及合胞體的形成和發(fā)育過程中被激活。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明植物激素通過相關(guān)基因特異性表達(dá)適應(yīng)線蟲取食位點(diǎn)形成。

2.2 植物激素相關(guān)基因的調(diào)控途徑或作用

病原物干擾植物生理活動的分子機(jī)制能有效地改變植物的發(fā)育途徑，能夠促進(jìn)開花控制蛋白降解的植原體毒性蛋白SAP54，在發(fā)育過程中能夠產(chǎn)生短暫的信號使花發(fā)育成葉，從而更好地吸引葉面媒介昆蟲有利于植原體的發(fā)育和繁殖。同樣，線蟲分泌的效應(yīng)子也能干擾植物的發(fā)育途徑［23］。蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和比較基因組學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了線蟲分泌的效應(yīng)子的鑒定。鑒定結(jié)果表明線蟲效應(yīng)子改變根細(xì)胞中的基因表達(dá)，可能干擾寄主植物轉(zhuǎn)錄因子的活性，誘導(dǎo)植物激素相關(guān)基因在線蟲取食位點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控［24］。

2.2.1 線蟲取食位點(diǎn)中生長素介導(dǎo)的調(diào)控途徑 根結(jié)線蟲感染使植物激素相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄激活或抑制，導(dǎo)致內(nèi)源激素水平發(fā)生局部變化。對取食位點(diǎn)發(fā)育的生化研究表明，南方根結(jié)線蟲、北方根結(jié)線蟲、爪哇根結(jié)線蟲等形成的根結(jié)中出現(xiàn)吲哚類化合物的積累［21］。此外，通過早期激活生長素反應(yīng)啟動子GH3［25］和合成生長素反應(yīng)啟動子DR5［26］，可以檢測到線蟲取食位點(diǎn)中局部生長素水平的增加。DR5啟動子是植物根系生長素水平變化的標(biāo)志，因?yàn)槠浜衼碜訥H3的多種生長素反應(yīng)元件（AuxRE）［27］這種生長素反應(yīng)元件由生長素反應(yīng)基因所必需的5'-TGTCTC-3' DNA堿基序列組成［28］。由ARF（生長素響應(yīng)因子）多基因家族編碼的蛋白質(zhì)與生長素反應(yīng)元件5'-TGTCTC-3'的DNA堿基序列結(jié)合，導(dǎo)致生長素相關(guān)基因表達(dá)的激活或抑制。

2.2.2 線蟲取食位點(diǎn)中乙烯介導(dǎo)的調(diào)控途徑 篩選出的乙烯敏感性降低的擬南芥突變體表明，乙烯介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在孢囊線蟲誘導(dǎo)的取食位點(diǎn)發(fā)育中發(fā)揮重要作用［29］。在線蟲誘導(dǎo)的取食部位，乙烯介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通過將植物轉(zhuǎn)錄因子家族EREBPs［30］與乙烯反應(yīng)啟動子元件GCC盒結(jié)合導(dǎo)致乙烯反應(yīng)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄激活。etr1-1編碼一種位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的雙組分組氨酸激酶類受體，在感染顯性乙烯不敏感突變體etr1-1后，甜菜孢囊線蟲的發(fā)育明顯減弱。突變體不能與乙烯結(jié)合，這表明ETR1對乙烯的感知和下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)對合胞體形成起到重要作用。ein2突變體作用結(jié)果表明EIN2（ETHYLENE INSENSITIVE2）作為受體-CTR1復(fù)合物是乙烯信號通路的正調(diào)節(jié)因子［31］，ein2突變體的感染也導(dǎo)致線蟲發(fā)育停滯。ein3突變體作用結(jié)果表明其編碼參與核內(nèi)乙烯反應(yīng)放大的轉(zhuǎn)錄因子ein3［32］。

2.2.3 線蟲取食位點(diǎn)中細(xì)胞分裂素介導(dǎo)的調(diào)控途徑 生物測定結(jié)果表明，根結(jié)線蟲可以產(chǎn)生具有生物活性的細(xì)胞分裂素［33］。Lohar等［34］利用細(xì)胞分裂素氧化酶基因的轉(zhuǎn)基因表達(dá)直接調(diào)控細(xì)胞分裂素，實(shí)驗(yàn)表明根結(jié)線蟲誘導(dǎo)的取食部位數(shù)量與細(xì)胞分裂素水平之間具有相關(guān)性。在轉(zhuǎn)基因植物中使用ARR5啟動子驅(qū)動報(bào)告子結(jié)構(gòu)，當(dāng)根結(jié)線蟲幼蟲到達(dá)分化的維管束（巨細(xì)胞誘導(dǎo)部位）時(shí)，ARR5表達(dá)增強(qiáng)。在巨細(xì)胞誘導(dǎo)的部位中細(xì)胞分裂素應(yīng)答基因ARR5在分化維管束中強(qiáng)烈表達(dá)時(shí)，細(xì)胞分裂素在植物-根結(jié)線蟲相互作用中的積極作用明顯增強(qiáng)。在巨細(xì)胞中該基因在線蟲蟲癭成熟過程中被抑制，表明細(xì)胞分裂素可以在增強(qiáng)和抑制細(xì)胞分裂中發(fā)揮作用。細(xì)胞分裂素在巨細(xì)胞形成中的作用的直接證據(jù)是細(xì)胞分裂素氧化酶在根中的瞬時(shí)表達(dá)，該酶負(fù)責(zé)細(xì)胞分裂素的降解，導(dǎo)致寄主植物對根結(jié)線蟲抵抗力增強(qiáng)［34］。研究表明在顯微解剖的巨細(xì)胞中，觀察到細(xì)胞分裂素信號負(fù)調(diào)控因子普遍下調(diào)［35］。結(jié)合上述觀察，外源細(xì)胞分裂素的應(yīng)用［36］表明在巨細(xì)胞的起始階段對細(xì)胞分裂素的需求是短暫的。

2.2.4 線蟲取食位點(diǎn)中赤霉素介導(dǎo)的調(diào)控途徑 番茄對植物寄生根結(jié)線蟲適應(yīng)性反應(yīng)轉(zhuǎn)錄譜的研究表明，在寄生過程中，編碼赤霉素（GA）2-氧化酶樣蛋白的基因轉(zhuǎn)錄上調(diào)［37］。GA2-氧化酶是參與赤霉素失活的酶，赤霉素失活是一個(gè)復(fù)雜和嚴(yán)格調(diào)控植物細(xì)胞伸長的過程。其基因轉(zhuǎn)錄的上調(diào)可以反映根結(jié)線蟲侵染期間活性赤霉素水平的降低，研究發(fā)現(xiàn)在孢囊線蟲與擬南芥的相互作用中，赤霉素氧化酶的誘導(dǎo)模式亦是如此［38］。因此，赤霉素調(diào)節(jié)的信號可能是植物對植物寄生線蟲的共同反應(yīng)。此外，南方根結(jié)線蟲誘導(dǎo)的水稻根部巨細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄分析表明［39］，與未感染線蟲細(xì)胞相比，巨細(xì)胞中下調(diào)幅度最大的基因?yàn)閰⑴c赤霉素分解代謝的赤霉素2-β雙加氧酶的轉(zhuǎn)錄本，而參與赤霉素降解的基因也因?yàn)榭刂瞥嗝顾貎?nèi)部動態(tài)平衡的反饋效應(yīng)而被誘導(dǎo)。

2.2.5 線蟲取食位點(diǎn)中多肽類激素介導(dǎo)的調(diào)控途徑 線蟲參與編碼和分泌植物多肽類激素。甜菜孢囊線蟲的SYV-46肽可能編碼了一個(gè)CLE樣配體［40］。SYV-46蛋白從SCN花柱分泌蛋白質(zhì)［41］在寄生植物中起直接作用。SYV-46蛋白作為一個(gè)CLE不僅能與CLV2結(jié)合，而且還能夠與擬南芥CLV3-1突變體互補(bǔ)［42］。與大豆孢囊線蟲SYV-46蛋白一樣，南方根結(jié)線蟲16D10是一個(gè)未知蛋白，但序列分析表明其包含編碼CLE類分泌蛋白的功能區(qū)［43］，16D10的轉(zhuǎn)基因表達(dá)對根的發(fā)育有重要影響。對日本蓮藕的遺傳分析表明，CLV1類受體har-1在控制南方根結(jié)線蟲［44］形成的根結(jié)數(shù)量時(shí)起著重要作用［45］。

3 植物激素對線蟲取食位點(diǎn)建立與形成的 影響

由于植物激素在協(xié)調(diào)植物對寄主植物和寄生線蟲的反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用，植物寄生線蟲可以通過調(diào)節(jié)激素平衡來促進(jìn)其高度專化的取食結(jié)構(gòu)形成［46］。在植物寄生線蟲建立的取食位點(diǎn)中觀察到生長素、乙烯、細(xì)胞分裂素等激素信號的變化，這些植物激素信號變化是線蟲蟲癭完成發(fā)育和汲取營養(yǎng)所必須的。

3.1 植物生長素誘導(dǎo)分生組織中的細(xì)胞分裂

生長素（吲哚-3-乙酸）是一類植物次生代謝物，參與許多發(fā)育過程能夠誘導(dǎo)分生組織中的細(xì)胞分裂。生長素進(jìn)入細(xì)胞依賴于質(zhì)子泵，生長素的電子通量及其在各種組織中的分布是由PIN蛋白介導(dǎo)的。部分證據(jù)表明植物須根與線蟲取食位點(diǎn)發(fā)育過程具有相似性及分子水平的聯(lián)系，在植物須根的形成過程中PIN蛋白引起植物自身生長素水平增加［47］。在爪哇根結(jié)線蟲（M. javanica）和花生根結(jié)線蟲（M. arenaria）的根結(jié)中可以檢測到啟動子驅(qū)動GFP表達(dá)LBD16的基因，它能夠被生長素的阻抗劑PEO-IAA抑制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明根結(jié)中需要有定量的生長素才能使LBD16 表達(dá)［48］。在根結(jié)線蟲和孢囊線蟲中誘導(dǎo)表達(dá)的WRKY23是另一種受生長素調(diào)控的相關(guān)基因，在線蟲取食位點(diǎn)或須根形成過程中，WRKY23 在SLR/IAA14（生長素反應(yīng)因子）- ARF7/ ARF19信號通路的下游起作用，參與須根發(fā)育過程中刺激局部的類黃酮生物合成［49］。與線蟲的分泌物激活LBD16的表達(dá)類似［50］，線蟲相關(guān)的信號調(diào)控WRKY23的表達(dá)在線蟲取食位點(diǎn)中通過獨(dú)立的生長素途徑激活。

3.2 乙烯促進(jìn)取食位點(diǎn)形成

乙烯作為一種簡單的氣態(tài)化合物，可以在植物細(xì)胞應(yīng)對生物或非生物脅迫時(shí)產(chǎn)生。當(dāng)受到線蟲侵染時(shí)，植物根部細(xì)胞會產(chǎn)生乙烯，這是對生物脅迫的輔助反應(yīng)［51］。乙烯過多突變株eto1、eto2和eto3導(dǎo)致孢囊線蟲感病性增加［29］，表明乙烯水平的增加促進(jìn)了根部合胞體的發(fā)生。對乙烯相關(guān)的突變體功能分析進(jìn)一步表明乙烯在植物與線蟲互作過程中的重要性：一方面乙烯過量表達(dá)的突變體eto2和eto3更加容易感染孢囊線蟲；另一方面，乙烯信號通路中的突變體tr1-1，ein2-1，ein3-1，eir1-1和axr2對孢囊線蟲的感病性降低［29］。研究表明乙烯合成及信號相關(guān)的基因如編碼膜受體的ACC氧化酶或ACC合成酶在取食位點(diǎn)中誘導(dǎo)表達(dá)［52］。組織學(xué)分析顯示，在取食結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大和相鄰細(xì)胞間的合胞體細(xì)胞壁溶解增強(qiáng)的過程中乙烯起到主要作用［53］。

3.3 細(xì)胞分裂素促進(jìn)分生組織中的細(xì)胞分化

細(xì)胞分裂素作為一類嘌呤類分子參與分生組織細(xì)胞分裂，通過對細(xì)胞周期的影響能夠促進(jìn)分生組織中的細(xì)胞分化［54］。在細(xì)胞周期中，細(xì)胞分裂素可以在G1/S期轉(zhuǎn)變時(shí)起作用［55］。研究表明根結(jié)線蟲可以產(chǎn)生具有生物活性的細(xì)胞分裂素［56］。激光共聚焦分析表明水稻根結(jié)線蟲（M. graminicola）巨細(xì)胞調(diào)控生長素與細(xì)胞分裂素濃度平衡［57］。在巨細(xì)胞中，26%的生長素相關(guān)基因特異表達(dá)，而在合胞體中，21%的分裂素相關(guān)基因被誘導(dǎo)表達(dá)。相反，巨細(xì)胞中細(xì)胞分裂素相關(guān)基因被抑制的數(shù)量更多；而合胞體中分裂素上調(diào)的相關(guān)基因數(shù)量更多［58］。

3.4 赤霉素促進(jìn)分生組織發(fā)育及成熟

赤霉素是細(xì)胞分裂和伸長的重要刺激因子，研究表明赤霉素通過影響雙子葉植物和單子葉植物葉片組織中的Della蛋白家族，在控制和協(xié)調(diào)細(xì)胞分裂、細(xì)胞擴(kuò)張等方面發(fā)揮著重要作用［59］。與該研究類似的是，在番茄和水稻南方根結(jié)線蟲的巨細(xì)胞中及大豆孢囊線蟲形成的合胞體中，普遍增強(qiáng)了赤霉素合成或反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)水平［60］。赤霉素在刺激細(xì)胞分裂和伸長方面起著重要作用。在對水稻根結(jié)線蟲侵染引起的轉(zhuǎn)錄重組研究中發(fā)現(xiàn)，線蟲形成的根結(jié)中上調(diào)最強(qiáng)的基因是脂轉(zhuǎn)移蛋白（LTP）基因家族的赤霉素（GA）受體GID1L2，并有研究證明赤霉素（GA）受體GID1L2在巨細(xì)胞中被強(qiáng)烈誘導(dǎo)表達(dá)［61］。此外，Klink等［62］觀察到大豆孢囊線蟲 （H. glycines）合胞體中赤霉素生物合成基因的上調(diào)和赤霉素代謝相關(guān)基因的顯著激活，GA20-氧化酶1和2兩個(gè)關(guān)鍵的氧化酶催化赤霉素生物合成。這些觀察表明赤霉素在巨細(xì)胞的發(fā)育、維持和成熟過程中起著重要的作用。

3.5 多肽類激素阻礙植物細(xì)胞正常發(fā)育

多肽類激素在植物生長發(fā)育中起著重要作用，植物編碼大量的跨膜受體激酶，這些激酶能感知激素配體。研究發(fā)現(xiàn)南方根結(jié)線蟲16D10基因包含編碼CLE類的分泌蛋白序列，而16D10基因阻礙植物細(xì)胞正常發(fā)育。此外，在孢囊線蟲中也發(fā)現(xiàn)了與CLAVATA3/胚乳周圍區(qū)域相關(guān)的多肽（CLE）具有阻礙寄主植物生理的作用。目前已在大豆孢囊線蟲、甜菜孢囊線蟲、馬鈴薯金線蟲（Globodera rostochiensi）中發(fā)現(xiàn)更多的CLE類基因［63］。通過對CLE類進(jìn)行基因沉默或?qū)虺聊仓杲臃N線蟲后進(jìn)行功能分析，發(fā)現(xiàn)大豆或擬南介中線蟲侵染率下降，合胞體體積變?。?4］。綜上所述CLE類多肽在合胞體和巨細(xì)胞發(fā)育中起到抑制作用。

4 展望

植物激素通常起到活化劑或拮抗劑的作用，從而起到增強(qiáng)或抑制活性的效果。生長素的增加可能導(dǎo)致乙烯的產(chǎn)生，而細(xì)胞分裂素抑制生長素信號和運(yùn)輸。最近對線蟲取食位點(diǎn)發(fā)育的高通量研究表明，各種激素介導(dǎo)的信號通路之間的相互作用導(dǎo)致激素相關(guān)基因的差異表達(dá)。植物激素在線蟲取食位點(diǎn)形成過程中通常是協(xié)同作用的，并在建立取食位點(diǎn)和將根細(xì)胞重組為專門的取食結(jié)構(gòu)中起到關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用。在大豆、番茄和擬南芥等不同植物中，生長素和乙烯等激素在孢囊線蟲合胞體形成中的作用相似。植物β-內(nèi)葡聚糖酶啟動子中ABA和GA反應(yīng)元件在合胞體發(fā)育過程中上調(diào)［65］，表明這兩種激素都可能參與調(diào)節(jié)細(xì)胞壁的改變。因此，可以推測植物激素在不同植物的根結(jié)線蟲巨細(xì)胞發(fā)育過程中具有相互調(diào)節(jié)作用，未來通過高通量轉(zhuǎn)錄組測序和功能研究，將有助于揭示巨細(xì)胞和合胞體發(fā)育過程中不同植物激素的調(diào)控作用。

除了傳統(tǒng)的植物激素外，新的激素如獨(dú)腳金內(nèi)酯［66］、肽激素CLEs［67］、茉莉酸［68］和水楊酸在線蟲取食位點(diǎn)形成中的作用值得一提。近年來研究表明，獨(dú)角金內(nèi)酯是生長素的長距離信使［69］，在根瘤菌結(jié)瘤過程中起著重要作用。而根瘤菌結(jié)瘤和線蟲取食位點(diǎn)發(fā)育有著相似的反應(yīng)，并且存在重疊的信號通路。同樣我們推測獨(dú)腳金內(nèi)酯在內(nèi)寄生線蟲誘導(dǎo)的取食位點(diǎn)發(fā)育中也起著類似的作用。多肽類激素CLEs調(diào)節(jié)許多植物生長過程，包括器官形成、分生組織功能和遠(yuǎn)程信號傳遞［70］，多以阻礙植物細(xì)胞正常發(fā)育進(jìn)而介導(dǎo)形成取食位點(diǎn)發(fā)揮作用。大豆孢囊線蟲誘導(dǎo)合胞體的轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)分析表明，受生長素、乙烯、赤霉素、茉莉酸和細(xì)胞分裂素等一系列激素控制的基因表達(dá)存在差異［71］。水楊酸作為根結(jié)線蟲成功誘導(dǎo)或維持取食位點(diǎn)的重要激素在寄主植物生長發(fā)育中起重要作用，控制寄主植物對寄生線蟲的防御反應(yīng)。最新研究表明，在線蟲侵染的不同時(shí)間段，水楊酸途徑的基因在擬南芥和水稻的巨細(xì)胞和根瘤中普遍受到抑制，而接種南方根結(jié)線蟲后水楊酸途徑的正調(diào)控因子NPR1的過表達(dá)導(dǎo)致寄主植物根瘤和卵塊的數(shù)量減少［72］。

對植物分子特征變化的研究是了解植物與線蟲互作的基礎(chǔ)，有助于充分了解正常的植物細(xì)胞如何重組形成取食位點(diǎn)的細(xì)胞，也有助于明確線蟲效應(yīng)子在與其它植物激素互作中的功能，最終明確它們在干擾植物發(fā)育過程中的作用，從而為構(gòu)建抗線蟲的植株、研究特殊的線蟲防治策略提供有力的技術(shù)支撐。