大豆孢囊线虫（Heterodera glycines）病是制约大豆产量的重要病害之一，全球每年因大豆孢囊线虫病造成的经济损失高达数十亿美元。该病害在所有大豆种植区均有发生，包括盐碱区种植的大豆。线虫在土壤中能够识别植物根系及其释放的化学信号而定位寄主进行有效侵染，通过线虫对寄主和环境信号识别及响应的调控机制研究，可以有效切断寄主吸引线虫的信号，为研发安全高效的线虫防控策略提供依据。 

　　东北地理所农田有害生物控制学科组研究人员在前期工作中明确了大豆孢囊线虫对酸性pH、碱性pH、盐和氨基酸的趋化性及其高度适应性（Hua 等，2020，Plant and Soil；Jiang 等，2022，Nematology），然而大豆孢囊线虫在适应酸碱盐环境过程中的行为变化及其分子调控机制尚不清楚。基于此，该团队在植物寄生线虫上率先利用WormLab行为学追踪分析技术和三代全长转录组测序技术（Oxford Nanopore Technology, ONT），开展了大豆孢囊线虫响应酸碱盐信号的调控机制研究。 

　　WormLab系统可实时追踪定量分析线虫行为，精准捕捉微小动物行为变化。该研究通过大豆孢囊线虫二龄幼虫对极端pH和适宜的趋化酸性和碱性pH、NaCl盐溶液胁迫下的行为学分析，表明线虫对不同非生物环境的行为学响应存在差异（图1）。进一步对经pH和NaCl溶液处理后的18个线虫样本进行三代全长转录组测序分析，以期从转录或转录后修饰水平解析线虫响应外界信号的调控机理，结果鉴定得到3,972个新基因和29,529个新转录本。转录本结构分析表明：可变剪接（AS）、可变多聚腺苷酸化（APA）、融合转录本等结构与对照相比发生了显著的变化，说明这些转录后修饰参与了线虫行为的调控。通过对差异表达基因GO（基因本体论）和KEGG（京都基因与基因组百科全书）富集分析，结果表明跨膜受体、离子通道和钙离子转运蛋白相关的信号通路被激活，核糖体和氧化磷酸化代谢途径被抑制（图2）。被激活的跨膜受体中至少有6种是G蛋白偶联受体GPCR，包括化学受体SRSX、Wnt受体MOM-5、多巴胺受体F59.D12.1、肽类受体NPR-18、毒蕈碱型乙酰胆碱受体mAChR和促甲状腺素释放激素受体TRHR，其他受体包括烟碱型乙酰胆碱受体nAChR、GABAB（γ-氨基丁酸受体β亚单元）和鸟苷酸环化酶受体GCY-18能够调控离子通道。线虫受体激活与生长发育受到抑制说明线虫在最佳趋化状态下或者极端环境下通过调整不同的代谢途径来维持自身能量的平衡，保持细胞稳态，维持生存。在酸碱盐条件下线虫的反应和存活机制也证实了大豆孢囊线虫能在酸碱盐土壤中发生的原因。结合差异表达基因和蛋白与蛋白互作分析构建了大豆孢囊线虫响应pH和盐离子刺激的细胞网络调控模型（图2）。本研究结果不仅丰富了线虫对化学信号反应机制的知识，而且所鉴定的不同跨膜受体及其离子通道是挖掘新型杀线剂的重要靶标。由于寄生线虫的保守性，由此推测大豆孢囊线虫可以作为一个模式寄生线虫研究线虫化感信号识别和反应机制，这些鉴定的受体也是开发药物防治人畜寄生线虫的潜在靶标，研究结果具有重要的科学意义和潜在的应用价值。 

　　图1 大豆孢囊线虫响应pH和盐溶液刺激的行为学特征 

　　图2 调控大豆孢囊线虫响应pH和NaCl的细胞模型 

　　相关研究成果近期发表在国际期刊《Journal of Agricultural & Food Chemistry》上。农田有害生物控制学科组博士研究生姜野和特聘研究助理黄铭慧为共同第一作者，李春杰正高级工程师和王从丽研究员为共同通讯作者。研究工作得到中国科学院战略性先导专项和国家自然科学基金项目联合资助。 

　　论文信息：Ye Jiang, Minghui Huang, Rrifeng Qin, Dan Jiang, Doudou Chang, Yifan Xie, Chunjie Li* and Congli Wang*. Full-Length Transcriptome Analysis of Soybean Cyst Nematode (Heterodera glycines) Reveals an Association of Behaviors in Response to Attractive pH and Salt Solutions with Activation of Transmembrane Receptors, Ion Channels, and Ca2+ Transporters. Journal of Agricultural & Food Chemistry. 2023, doi: 10.1021/acs.jafc.3c00908. 

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.3c00908.