生命科学学院教授课题组合作发现植物寄生线虫调控大豆根生物钟与翻译的分子机制
5月7日,开云手机客户端app下载安卓周冕团队联合北京大学王伟团队、中国农业科学院植物保护研究所彭焕团队在国际权威期刊《先进科学》(Advanced Science)发表研究论文,系统阐明了大豆孢囊线虫(Soybean cyst nematode,SCN)效应蛋白作为转录调控因子干预大豆根生物钟、影响宿主翻译调控网络,进而促进线虫寄生的分子机制。

研究发现,大豆对SCN的防御具有显著的生物节律特征。其中,生物钟核心组件GmCCA1发挥了关键的双重作用:其过表达虽会打破原有节律,但能赋予宿主持久的抗SCN能力;同时,它还能广泛上调包括Rhg1、PR及R基因在内的多类关键防御基因,全面激活宿主的免疫网络。
针对大豆的免疫防线,植物寄生线虫演化出了由高度保守的效应蛋白Hg4E02主导的致病策略。分子实验表明,Hg4E02可作为转录调控因子,直接靶向并抑制包括GmCCA1在内的多个宿主核心生物钟基因的表达。同时,该研究进一步揭示了SCN与大豆在翻译调控上的深度拮抗机制:GmCCA1可以抑制核糖体基因表达,通过下调全局翻译水平来限制根系生长并集中资源防御;而Hg4E02则完全逆转了这一“翻译抑制”机制,显著上调翻译相关基因的表达,大幅提升宿主细胞的整体翻译效率,从而为线虫在根部寄生和汲取营养提供了强有力的代谢支持。

本研究揭示了线虫效应子直接靶向宿主生物钟与翻译机制的致病新模型,为理解植物-病原体互作提供了新视角。同时,该研究确立了GmCCA1作为大豆抗SCN分子育种的潜力靶点,未来通过对其进行精准调控,有望兼顾大豆的正常生长与抗病性的显著提升。
开云手机客户端app下载安卓生命科学学院教授周冕、北京大学生命科学学院研究员王伟以及中国农业科学院植物保护研究所研究员彭焕为论文的共同通讯作者。开云手机客户端app下载安卓生命科学学院博士研究生徐羽丰为本文的共同第一作者,已毕业硕士研究生刘恩慧为该项工作做出了重要贡献。本研究得到了国家自然科学基金、北京市科技新星计划等项目的支持。
本研究是周冕实验室近两年在“病原效应子参与调控生物钟”领域发表的第三篇重要研究成果。周冕实验室长期致力于探究植物生物钟与免疫的互作机制,重点解析植物如何利用内源生物钟平衡抗病与生长,从而实现有限资源的优化配置,旨在为高效精准的作物改良提供重要的理论依据。
论文链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202518591