植物寄生線蟲對(duì)化感信號(hào)的識(shí)別及機(jī)制

李春杰 王從麗

（中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 中國(guó)科學(xué)院大豆分子設(shè)計(jì)育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150081）

植物寄生線蟲病是導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)的重要病害之一，每年由于線蟲危害導(dǎo)致的損失超過(guò)1 500億美元［1］。植物寄生線蟲的二齡幼蟲在土壤中具有趨化性，通過(guò)識(shí)別由植物根部或者根際微生物釋放的化學(xué)物質(zhì)定位寄主，然后侵染寄主。線蟲這種隨著化學(xué)信號(hào)物質(zhì)濃度梯度而移動(dòng)的現(xiàn)象叫做趨化性，趨化性長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是線蟲定位寄主植物的主要原因。線蟲主要是利用其頭部或者尾部感應(yīng)器官-化感器感應(yīng)由根或根圍微生物產(chǎn)生的水溶性或氣體引誘劑，被吸引后移動(dòng)到植物的根部，例如溫度、氧氣、二氧化碳、酸、堿、鹽、氨基酸等；同時(shí)也可感應(yīng)不利環(huán)境所產(chǎn)生排斥、躲避或者逃避等一系列的應(yīng)激行為［2-9］。線蟲到達(dá)寄主前是非取食階段，需要在能量消耗殆盡前找到寄主，如果能夠使線蟲尋找寄主并未侵染寄主前使其能量消耗殆盡，或干擾、消減吸引線蟲侵染的信號(hào)物質(zhì)，使線蟲失去侵染寄生植物的機(jī)會(huì)，即線蟲到達(dá)寄主植物前由于信號(hào)物質(zhì)的干擾而使線蟲侵染失敗，這樣不僅達(dá)到事半功倍高效防治線蟲的目的，而且由于侵染行為提前被終止，所以種植抗病和感病品種都不受影響，特別是抗病品種資源缺乏時(shí)，利用現(xiàn)有的感病品種將是最大的益處，因?yàn)橐粋€(gè)抗性品種的培育需要多年。因此，鑒定植物寄生線蟲預(yù)侵染階段的天然調(diào)節(jié)化感物質(zhì)或者相關(guān)調(diào)控的分子信號(hào)物質(zhì)，對(duì)于開發(fā)新型殺線蟲劑具有重要的理論和應(yīng)用意義。目前，有關(guān)模式線蟲秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）的化感分子調(diào)控機(jī)制研究相對(duì)比較多，且在線蟲中有一定的保守性。但由于植物寄生線蟲獨(dú)特的侵染結(jié)構(gòu)（口針）和寄生特征，使其與模式線蟲有一定的差異，進(jìn)而加大研究困難，致使植物寄生線蟲化感方面的分子調(diào)控機(jī)制報(bào)道甚少。因此本文對(duì)當(dāng)前植物寄生線蟲對(duì)環(huán)境信號(hào)的識(shí)別或趨化性研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，再以秀麗隱桿線蟲的化感機(jī)制為基礎(chǔ)，針對(duì)植物寄生線蟲的化感機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)和展望。

1 植物寄生線蟲趨化性的信號(hào)物質(zhì)

植物寄生線蟲依靠化學(xué)信號(hào)定位寄主的觀點(diǎn)是Steiner在1925年提出的，隨后這一觀點(diǎn)在許多研究中得以證實(shí)［10-11］。通過(guò)體外趨化實(shí)驗(yàn)已報(bào)道有很多吸引線蟲的引誘劑，例如，簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)鹽Na+、Mg2+、Cl-和CH3COO-及環(huán)磷酸腺苷（cAMP）均能夠吸引腎線蟲（Rotylenchulus reniformis），而這些離子對(duì)爪哇根結(jié)線蟲（Meloidogyne javanica）卻不吸引［11］；萜烯類化學(xué)物質(zhì)及離子能夠吸引柑橘線蟲（Tylenchulus semipenetrans）［12］；氨基丁酸和谷氨基酸吸引馬鈴薯金線蟲（Globodera rostochiensis）和馬鈴薯白線蟲（G. pallida）［13］。漆永紅［14］報(bào)道Cl-和NO3-對(duì)馬鈴薯腐爛莖線蟲（Ditylenchus destructor）有吸引作用，而SO42-和HPO4-有排斥作用，HCO3-和CO32-對(duì)線蟲沒有影響。CuSO4對(duì)甜菜孢囊線蟲（Heterodera schachtii）具有很強(qiáng)的吸引［15］。二氧化碳和氧氣被認(rèn)為是長(zhǎng)距離吸引線蟲到根圍的非特異性趨性物質(zhì)［16］。

根際分離的灰霉菌和半裸鐮刀菌對(duì)D. destructor具有很強(qiáng)的吸引［17］，根際細(xì)菌及其放線菌的代謝產(chǎn)物對(duì)南方根結(jié)線蟲（M. incognita）也具有吸引作用［18-19］，淡紫擬青霉發(fā)酵濾液對(duì)大豆孢囊線蟲（H. glycines）具有趨避作用［20］。王雪等［21］報(bào)道感病大豆品種對(duì)H. glycines具有強(qiáng)烈的吸引性，而抗病品種對(duì)線蟲具有排斥性。Zhao等［22］發(fā)現(xiàn)，M. incognita被植物根的吸引和排斥存在著寄主特異性。根滲出物中鑒定出對(duì)線蟲有吸引和排斥的化學(xué)物質(zhì)，如丁正蛟［23］從7種植物中鑒定出1-二十二烯對(duì)M. incognita有吸引作用；Xu等［5］從甘薯乳液中分離出的十八烷基香豆酸，對(duì)D. destructor有很強(qiáng)的排斥作用。線蟲卵孵化也會(huì)受到根分泌物的抑制［24］。

植物激素也參與調(diào)控線蟲的趨化性，激活的乙烯信號(hào)途徑能夠降低根結(jié)線蟲［25-26］和大豆孢囊線蟲［27］對(duì)寄主根的吸引，即乙烯信號(hào)途徑負(fù)調(diào)控線蟲的吸引；然而，激活的乙烯信號(hào)途徑卻提高了對(duì)甜菜孢囊線蟲的吸引［28］。Sikder和Vesterg?rd［29］詳細(xì)綜述了根特異性或非特異性代謝產(chǎn)物作為線蟲幼蟲的引誘劑、排斥劑或殺線蟲劑、卵孵化刺激劑或抑制劑對(duì)植物寄生線蟲的影響。性激素作為大豆孢囊線蟲的雄蟲引誘劑及馬鈴薯金線蟲同種線蟲之間的吸引也起著非常重要的作用［30-31］。

Hamada 等［32］提出了一個(gè)線蟲吸引模型，證實(shí)許多化感物質(zhì)在不同階段參與了根對(duì)線蟲的吸引，主要參與3個(gè)階段。首先是種子黏液（mucilage）吸引線蟲運(yùn)動(dòng)到種子要發(fā)芽的根部位置，Tsai等［33］通過(guò)分析擬南芥黏液突變體發(fā)現(xiàn)根結(jié)線蟲對(duì)擬南芥種子的吸引需要種皮黏液的合成和擠壓，提取的黏液?jiǎn)为?dú)不能明顯的吸引根結(jié)線蟲，但是種皮的碳水化合物和蛋白質(zhì)是線蟲被吸引所必需的成分；該研究表明根結(jié)線蟲的趨化物質(zhì)是在種皮黏液擠壓過(guò)程中新合成的，但可能高度不穩(wěn)定；根結(jié)線蟲這種依賴于黏液的趨化機(jī)制能夠影響正在萌發(fā)的幼苗，但來(lái)自于幼苗根部的信號(hào)物質(zhì)是獨(dú)立于黏液信號(hào)物質(zhì)，而且幼苗根部信號(hào)很可能掩蓋黏液信號(hào)物質(zhì)。根萌發(fā)后，第二組化合物引導(dǎo)線蟲運(yùn)動(dòng)到侵染位點(diǎn)。Oota等［34］通過(guò)篩選合成物質(zhì)及分離鑒定根部多胺化合物對(duì)南方根結(jié)線蟲的趨化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)末端氨基間擁有3-5個(gè)亞甲基的多胺，例如尸胺、腐胺和丙二胺能吸引線蟲到達(dá)植物合適的侵染位點(diǎn)。到達(dá)根部后，第三組化合物如寄主修飾的線蟲信息素水平和種類可能控制侵染的水平［35］。例如目前研究的熱點(diǎn)——線蟲蛔甙（ascarosides）信息素ascr#18是由線蟲所分泌的攜帶親脂側(cè)鏈脂肪酸的雙脫氧蛔糖基的糖苷，不僅參與線蟲之間的化學(xué)通訊而產(chǎn)生線蟲的積聚，還能被寄主植物修飾轉(zhuǎn)化成短的側(cè)鏈蛔甙排斥線蟲，從而降低線蟲的侵染［35-36］。這和前人報(bào)道的基本相似，第一組化合物通常是揮發(fā)性氣體物質(zhì)，進(jìn)行長(zhǎng)距離吸引線蟲到根圍，例如CO2、O2、萜烯類化合物、類黃酮、芳香醇等；第二組化合物通常是水溶性物質(zhì)能夠短距離吸引線蟲到根尖部位，如酸性pH、堿性pH、鹽、激素、氨基酸等；第三組局部線蟲之間的化學(xué)通訊決定線蟲侵染水平（圖1）。這些研究表明線蟲趨化性和線蟲識(shí)別、定位和侵染寄主有著密切的關(guān)系。

圖1 植物寄生線蟲的趨化性和化感信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在防治上的應(yīng)用Fig.1 Application of chemotaxis of plant-parasitic nematode and the transduction pathway of semiochemical signals in nematode control

2 根結(jié)線蟲和大豆孢囊線蟲的趨化性差異

由于根結(jié)線蟲（root-knot nematode，RKN）和孢囊線蟲（cyst nematode，CN）所引起的危害在植物寄生線蟲中達(dá)到80%，所以對(duì)這兩種線蟲的研究比較多。這兩種線蟲都是定居性內(nèi)寄生線蟲，在植物根部存在時(shí)，卵孵化成二齡幼蟲（J2）識(shí)別根際釋放的信號(hào)尋找并定位寄主，但根結(jié)線蟲的廣寄主范圍與孢囊線蟲的相對(duì)窄寄主范圍說(shuō)明孢囊線蟲對(duì)寄主識(shí)別的信號(hào)可能具有特異性，例如大豆孢囊線蟲（SCN）的寄主主要是大豆，而根結(jié)線蟲能夠侵染超過(guò)2 000種植物。Wang等［6］研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是寄主（大豆和辣椒）還是非寄主（萬(wàn)壽菊）的活體根尖，RKN均能被吸引，而SCN只能被大豆根吸引，說(shuō)明大豆孢囊線蟲的寄主?；裕坏谴蠖?、辣椒和萬(wàn)壽菊根提取物和滲出物都吸引SCN，但排斥RKN；線蟲吸引和排斥的行為表明兩種線蟲識(shí)別的主要化學(xué)信號(hào)的差異，因?yàn)楦崛∥锖透鶟B出物只包含水溶性化學(xué)物質(zhì)，而活體根尖包含了揮發(fā)性的、水溶性和非水溶性的物質(zhì)，所以不同的組織材料包含不同的化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致吸引的差異，說(shuō)明線蟲化感物質(zhì)的復(fù)雜性。

識(shí)別的差異還表現(xiàn)在對(duì)寄主根的識(shí)別部位上，大多數(shù)RKN對(duì)寄主根的識(shí)別位于根尖的1.5 mm內(nèi)［37］，而SCN則 位于根尖的5 mm內(nèi)［29］，這 與其他報(bào)道一致：RKN主要被吸引到根尖的伸長(zhǎng)區(qū)并在該處侵入［38］，SCN能夠侵入根尖更廣泛的部位［39］。這些差異可能與根際微環(huán)境酸性pH有關(guān)，因?yàn)槔胮H指示劑表明，根尖伸長(zhǎng)區(qū)的pH＜5，例如玉米［40-41］、番茄和模式豆科植物苜蓿（Medicago truncatula）［37］。試驗(yàn)證明，根結(jié)線蟲被吸引的最佳pH范圍（4.5-5.5）低于大豆孢囊線蟲的pH范圍（5-5.5）（圖2），表明RKN對(duì)酸的忍耐范圍比SCN強(qiáng)［42-43］，間接的說(shuō)明根尖不同部位對(duì)兩種線蟲的吸引差異的原因。Wang等［43］研究結(jié)果進(jìn)一步證明，CO2吸引線蟲不是緣于CO2梯度，而是CO2改變了膠中的pH梯度。SCN在堿性條件下也有很強(qiáng)的吸引能力，而且有兩個(gè)pH吸引范圍：pH 8.4-8.8和pH 9.5-10，但RKN和SCN線蟲濃度一樣時(shí)，沒有明顯的吸引，在RKN線蟲高濃度時(shí)（10×）表現(xiàn)為與SCN相似的吸引范圍，但比較微弱（圖2）［42］。這些結(jié)果同樣說(shuō)明，SCN對(duì)堿的敏感性比RKN強(qiáng)，RKN具有強(qiáng)的耐堿性。目前還不能解釋為什么會(huì)出現(xiàn)有兩個(gè)pH范圍，分子信號(hào)的挖掘可能會(huì)解釋這一現(xiàn)象。另外，其他線蟲諸如昆蟲病原線蟲對(duì)堿有兩個(gè)最適積聚濃度［44］，模式秀麗隱桿線蟲能夠被吸引的現(xiàn)象可達(dá)到pH=10，但當(dāng)pH＞10.5時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的排斥或者躲避［45］。這些結(jié)果表明，酸堿都影響線蟲的化感識(shí)別。

SCN和RKN對(duì)鹽的趨化性根據(jù)研究方法不同其結(jié)果有所差異（圖2）。Beeman 等［46］利用微流控芯片（microfluidic chips）方法研究表明：SCN的J2能夠被MgCl2、KNO3和NH4NO3吸引，但對(duì)KCl、Na2SO4或者ZnSO4沒反應(yīng)。Hosoi 等［47］利用瓊脂塞（agar plug）做吸引實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，0.5 mol/L KNO3和硝酸鹽類似物能夠吸引SCN。利用瓊脂膠吸引實(shí)驗(yàn)表明，SCN被MgCl2吸引，但對(duì)Na2SO4和NaCl沒反應(yīng)。Castro等［48］利用瓊脂膠介質(zhì)發(fā)現(xiàn)，RKN對(duì)Cl-具有強(qiáng)烈的排斥反應(yīng)。孟麗等［49］利用瓊脂糖平板培養(yǎng)基測(cè)試發(fā)現(xiàn)Cl-和SCN-鹽、Ba（NO3）2、NH4NO3、Mn（NO3）2、KH2PO4、K2HPO4、K2CO3、KOH、NaOH等對(duì)M. incognita均有排斥作用。Hua等［42］利用Pluronic膠系統(tǒng)［37］檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，所有鹽（NaCl、KCl、KNO3、MgCl2、MgSO4和Na2SO4）都能夠吸引SCN，不同鹽的積聚模式不一樣，而且Na2SO4、KCl和MgSO4對(duì)SCN具有誘殺作用，即線蟲先被吸引過(guò)來(lái)，然后由于化學(xué)劑量效應(yīng)使線蟲死亡，這對(duì)線蟲防治非常有意義。誘殺依賴劑量效應(yīng)的現(xiàn)象在其它實(shí)驗(yàn)中也得到證實(shí)，Wang 等［6］利用反相高壓液相色譜分離根系分泌物發(fā)現(xiàn)，極性小的組分對(duì)SCN具有很強(qiáng)的吸引作用，而且表現(xiàn)非常明顯的劑量誘殺現(xiàn)象，但對(duì)根結(jié)線蟲具有很強(qiáng)的排斥作用。這種依賴劑量的誘殺現(xiàn)象在SCN對(duì)不同氨基酸的趨化實(shí)驗(yàn)中也被發(fā)現(xiàn)（未發(fā)表）。這些不同的現(xiàn)象說(shuō)明線蟲對(duì)這些化感物質(zhì)的識(shí)別是受很多因素影響，相應(yīng)的感覺器官控制通路可能各異。

線蟲對(duì)這些化學(xué)物質(zhì)趨避結(jié)果的差異可能與所檢測(cè)的線蟲種類、分離株系、所用植物組織材料或檢測(cè)的介質(zhì)系統(tǒng)有關(guān)。Pluronic膠系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、快捷、高效，可實(shí)時(shí)觀測(cè)到線蟲的運(yùn)動(dòng)軌跡，已成功觀察到了植物根部及其化學(xué)物質(zhì)對(duì)線蟲的吸引以及線蟲的行為學(xué)，是目前研究線蟲趨化性和行為學(xué)的最佳介質(zhì)［6，25，27，33，37，42-43，50-53］。利用這個(gè)系統(tǒng)結(jié)合鹽離子微電極檢測(cè)到SCN最佳趨化Cl-濃度范圍是171-256 mmol/L，低于這個(gè)范圍濃度沒反應(yīng)，高于這個(gè)范圍濃度產(chǎn)生躲避反應(yīng)。但RKN對(duì)2 mol/L NaCl的反應(yīng)不同，M. hapla線蟲高濃度時(shí)才有趨化反應(yīng)，低濃度無(wú)反應(yīng)（圖2）；M. incognita無(wú)論高濃度還是低濃度對(duì)2 mol/L NaCl均無(wú)反應(yīng)，這些再次說(shuō)明RKN對(duì)鹽的耐性比SCN強(qiáng)。整體來(lái)說(shuō)，RKN對(duì)于酸堿鹽的忍耐性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SCN，也間接表明了根結(jié)線蟲的廣寄主性和大豆孢囊線蟲的窄寄主性不僅與寄主釋放的信號(hào)物質(zhì)有關(guān)，可能還與環(huán)境化學(xué)信號(hào)有關(guān)。結(jié)合兩種線蟲對(duì)酸、堿和鹽的趨避特征，大豆孢囊線蟲對(duì)酸、堿和鹽的反應(yīng)更為敏感，是用于研究對(duì)酸堿鹽趨避作用比較理想的典型植物寄生線蟲。

在趨化性研究中，一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象是線蟲的積聚性，RKN線蟲積聚成球的現(xiàn)象非常普遍，但是不同RKN種和小種之間反應(yīng)存在差異［37，53］。M. hapla對(duì)氰化鉀產(chǎn)生積聚性的基因被定位到線蟲的遺傳連鎖群L8上，這是第一個(gè)被標(biāo)記的專性植物寄生線蟲的積聚基因［53］。對(duì)于大豆孢囊線蟲，Hua等［42］首次發(fā)現(xiàn)SCN能夠?qū)?NaCl形成的濃度梯度在化學(xué)分配器外面聚成緊密的球狀，而對(duì)其它酸、堿或鹽的趨化性顯現(xiàn)為松散的聚集（圖2）。此外也觀察到兩種線蟲被吸引到根部和進(jìn)入根部的時(shí)間也有差異，RKN到達(dá)根尖部一般會(huì)停留一段時(shí)間，不直接進(jìn)入根部，而大豆孢囊線蟲到達(dá)根部直接侵染進(jìn)入；在根暴露于線蟲24 h時(shí)特別明顯，例如，在同樣線蟲濃度的膠中，大豆根尖及其根圍沒有大豆孢囊線蟲聚集，但大豆根尖處有聚集成堆的根結(jié)線蟲，這種現(xiàn)象在其它作物-根結(jié)線蟲互作中普遍存在，這和前面講到根結(jié)線蟲比大豆孢囊線蟲更容易聚集成球一致。這種積聚成球或散狀的原因被認(rèn)為是線蟲之間不同的通訊交流導(dǎo)致的，說(shuō)明根結(jié)線蟲之間的通訊交流比大豆孢囊線蟲之間的通訊交流更為活躍。而形成這種通訊交流方式的原因之一可能是由于線蟲產(chǎn)生的蛔甙信息素產(chǎn)生的［35-36，54］，另外，神經(jīng)元、分子信號(hào)受體和信號(hào)整合也是導(dǎo)致線蟲種群內(nèi)部通訊行為的原因［55-57］。

圖2 大豆孢囊線蟲和北方根結(jié)線蟲的趨化性比較［42］Fig.2 Comparison of chemotaxis of H. glycines and M. hapla

3 植物寄生線蟲化感機(jī)制研究進(jìn)展

線蟲對(duì)化學(xué)信號(hào)的趨避性、由濃度效應(yīng)引起的誘殺現(xiàn)象及積聚模式都與線蟲的化感神經(jīng)系統(tǒng)密切相關(guān)。目前對(duì)線蟲的化感系統(tǒng)研究比較清楚的是模式秀麗隱桿線蟲。秀麗隱桿線蟲作為模式線蟲的原因包括以下幾個(gè)特征：生活周期短（大約3-4 d），在培養(yǎng)基上容易培養(yǎng)，基因組小，且是世界上第一個(gè)被闡明所有體細(xì)胞（959個(gè)）發(fā)育譜系和神經(jīng)元（302個(gè)）相互作用的多細(xì)胞生物，而且能夠遺傳轉(zhuǎn)化產(chǎn)生突變體。線蟲能夠檢測(cè)并響應(yīng)多種感覺信號(hào)，如化感行為、滲透壓、觸覺、光敏感覺等，這些行為由不同的神經(jīng)元所調(diào)控?；猩窠?jīng)元通常是通過(guò)感覺器的開口結(jié)構(gòu)直接將感覺纖毛暴露到外界環(huán)境中，感知不同的化學(xué)信號(hào)進(jìn)而產(chǎn)生趨避性或影響線蟲活力及休眠等。化感神經(jīng)元具有雙邊對(duì)稱的特點(diǎn)，包括11對(duì)頭感器，2對(duì)尾感器及3對(duì)內(nèi)陰唇神經(jīng)元［58］。植物寄生線蟲的感覺神經(jīng)器官與秀麗隱桿線蟲的感覺神經(jīng)器官在結(jié)構(gòu)上基本相似［59-60］。

在秀麗隱桿線蟲研究中發(fā)現(xiàn)，化感信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴于G蛋白偶聯(lián)受體（G-protein Coupled Receptors，GPCRs）信號(hào)通路、由鳥苷酸環(huán)化酶（guanylate cyclase，GCY）（DAF-11和ODR-1）催化合成的第二信使cGMP信號(hào)通路，就是環(huán)狀核苷酸門控CNG通道（TAX-2和TAX-4），或由多不飽和脂肪酸PUFA介導(dǎo)的瞬時(shí)感受器電位TRPV通道（OSM-9和OCR-2）［58，61］（圖1）。秀麗隱桿線蟲基因組編碼大約1 000 個(gè)GPCRs，大多數(shù)是化感受體，如ODR-10作為氣味配體的受體；G蛋白在調(diào)控GPCR蛋白的下游中起著非常重要的作用，如類似Gi蛋白（Gi-like protein）的ODR-3作用于GPCR蛋白的下游調(diào)控嗅覺和傷害性受體；而G蛋白下游的tax-4/tax-2基因編碼的環(huán)狀核苷酸cGMP門控的離子通道或OSM-9/OCR-2組成的TRPV通道打開，使神經(jīng)細(xì)胞去極化［58］。目前對(duì)線蟲的集聚行為研究最多和最清楚的是調(diào)控秀麗隱桿線蟲的取食行為的神經(jīng)肽受體集聚基因NPR-1，而NPR-1基因是可表達(dá)的并與哺乳動(dòng)物神經(jīng)肽NPY受體相似的GPCR；NPR-1的內(nèi)源性配體是FMRF酰胺多肽（FMRFamide like neuropeptides，F(xiàn)LPs）18和21，在不同的O2濃度下，通過(guò)感應(yīng)神經(jīng)表達(dá)的鳥苷酸環(huán)化酶GCY受體能調(diào)控線蟲的集聚及平衡線蟲的吸引和排斥［62-64］。

Yan和Davis［65］克隆了3個(gè)與秀麗隱桿線蟲同源的大豆孢囊線蟲gcy基因，這些基因定位在神經(jīng)環(huán)、頭感器和尾部神經(jīng)元里，但功能未知。模式秀麗隱桿線蟲能夠進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化來(lái)鑒定神經(jīng)通路的功能，但植物寄生線蟲不能進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，所以與模式線蟲相比，植物寄生線蟲在神經(jīng)通路方面的知識(shí)非常有限。近些年發(fā)展的RNA干擾技術(shù)對(duì)于植物寄生線蟲的候選基因功能研究和驗(yàn)證提供了強(qiáng)有力的反向遺傳學(xué)方法［66-67］。Dong等［68］發(fā)現(xiàn)，低劑量的月桂酸對(duì)RKN吸引，但高劑量對(duì)RKN具有誘殺作用，這與前面提到的鹽對(duì)SCN的誘殺是一致的。深入研究發(fā)現(xiàn)，這是受線蟲的flp18基因調(diào)控，但具體調(diào)控受體不清楚。近期我們研究團(tuán)隊(duì)克隆了與秀麗隱桿線蟲同源的13個(gè)SCN-flp基因，并對(duì)其中flp1和flp11進(jìn)行了功能研究，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)基因進(jìn)行沉默后降低了SCN對(duì)植物的吸引，外源肽處理線蟲后flp1提高了SCN對(duì)植物的吸引（未發(fā)表）。植物寄生線蟲中存在同源的flp基因［69-72］，但對(duì)植物寄生線蟲flp基因的G蛋白偶聯(lián)受體研究甚少，而這些受體是研發(fā)新的殺線蟲劑的靶標(biāo)位點(diǎn)。Kumari 等［72］根據(jù)水稻RKNM. graminicola轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，克隆了9個(gè)flp基因和flp-18部分GPCR受體基因發(fā)現(xiàn)，RNA干擾影響了線蟲的侵入能力。神經(jīng)肽樣蛋白NLP在植物寄生線蟲中也有報(bào)道，Warnock等［73］在M. incognita中鑒定了7個(gè)nlp基因，在馬鈴薯孢囊線蟲G. pallida中鑒定了4個(gè)nlp基因，其中應(yīng)用外源肽處理線蟲發(fā)現(xiàn)能夠抑制線蟲的趨化性，NLP15b能夠抑制線蟲的趨化性，但對(duì)侵入沒有影響；進(jìn)一步利用轉(zhuǎn)基因芽孢桿菌分泌大量的NLPs，能夠降低90%線蟲繁殖，說(shuō)明這些神經(jīng)肽是潛在的殺線蟲劑。有趣的是，這些神經(jīng)肽對(duì)昆蟲病原線蟲Steinernema carpocapsae和C. elegans的吸引基本上沒有作用，可能原因是與植物寄生線蟲的同源比率較低，這個(gè)結(jié)果證明了這些肽對(duì)植物寄生線蟲的獨(dú)特性。Bresso 等［74］根據(jù)M. incognita基因組序列和GPCR包含有7個(gè)跨膜螺旋結(jié)構(gòu)的特征，預(yù)測(cè)了117個(gè)候選GPCR，其中大多數(shù)是與線蟲化感系統(tǒng)和神經(jīng)肽的GPCR有關(guān)，這些GPCR的鑒定及其未來(lái)功能的研究對(duì)于開發(fā)有效的殺線蟲劑提供了良好的開端。

Shivakumara等［52］在M. incognita中克隆了4個(gè)與秀麗隱桿線蟲同源的化感基因（odr-1，odr-3，tax-2和tax-4），odr-1與gcy基因同源，odr-3是G蛋白，包含Gα蛋白區(qū)域，tax-2/tax-4編碼cGMP離子通道，RNA干擾這些基因?qū)е翸. incognita線蟲的趨化性降低，而且也降低了對(duì)低劑量信息素asc#18的趨化性，對(duì)高劑量asc#18沒有影響，說(shuō)明這些基因與寄主識(shí)別有關(guān)，信息素介導(dǎo)的信號(hào)受這些下調(diào)感應(yīng)基因的影響。生物信息學(xué)分析表明，這些基因和根結(jié)線蟲親緣關(guān)系比較接近，但與孢囊線蟲關(guān)系相對(duì)比較遠(yuǎn)，前面講到RKN和SCN對(duì)相同信號(hào)的不同反應(yīng)可能解釋了這一現(xiàn)象。雖然感應(yīng)受體或配體同源，但不同線蟲表現(xiàn)出遺傳和功能多樣性卻是非常普遍的現(xiàn)象［75］。

4 總結(jié)與展望

前面介紹了植物寄生線蟲對(duì)植物根部、代謝產(chǎn)物及化學(xué)物質(zhì)的趨化反應(yīng)，具體分為3個(gè)階段（長(zhǎng)距離、短距離和局部）（圖1），特別是比較了大豆孢囊線蟲SCN和根結(jié)線蟲RKN對(duì)酸堿鹽氨基酸的趨化反應(yīng)差異，并對(duì)植物寄生線蟲的化感機(jī)制進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。但相對(duì)于秀麗隱桿線蟲化感機(jī)制研究，植物寄生線蟲化感機(jī)制研究非常少，而且由于寄生方式的獨(dú)特性，雖然序列上有一定的保守，但功能上有差異，前面論述也表明了該觀點(diǎn)，因此分子機(jī)制有待深入研究，特別是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑需要更深入的研究。目前主要對(duì)環(huán)狀核苷酸門控CNG通道調(diào)控根結(jié)線蟲有初步研究，對(duì)瞬時(shí)感受器電位通道在植物寄生線蟲上仍屬空白。從應(yīng)用角度（圖1），鑒定有效調(diào)控植物寄生線蟲趨化和排斥的天然調(diào)節(jié)劑，來(lái)控制線蟲對(duì)寄主的搜尋，或者發(fā)現(xiàn)興奮劑使線蟲興奮，在達(dá)到寄主前能量消耗殆盡而終止線蟲的定位和侵染；從線蟲化感信號(hào)途徑來(lái)講，GPCR受體及其通道基因的挖掘?qū)⑹情_發(fā)新一類殺線蟲劑潛在的靶標(biāo)分子，通過(guò)RNAi干擾線蟲信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑而影響線蟲的定位和侵染，從而在線蟲侵染早期就能達(dá)到防治目的。因此，深入探索線蟲與植物在預(yù)寄生階段的趨化特性和機(jī)制具有重要的應(yīng)用價(jià)值和理論意義。