松材線(xiàn)蟲(chóng)(PWN,Bursaphelenchusxylophilus)是引起松樹(shù)枯萎病的主要致病因子，原產(chǎn)自北美，后入侵至亞洲和歐洲，給入侵地森林生態(tài)系統(tǒng)造成毀滅性破壞。松材線(xiàn)蟲(chóng)的自然傳播必須依賴(lài)媒介昆蟲(chóng)的攜帶，媒介天牛對(duì)線(xiàn)蟲(chóng)的承載量決定了其傳播效率。氣管是媒介天牛攜帶線(xiàn)蟲(chóng)的主要部位，每只媒介天牛氣管中平均攜帶1.5萬(wàn)頭，最高可達(dá)28萬(wàn)頭松材線(xiàn)蟲(chóng)。但天牛的氣管系統(tǒng)如何耐受大量的線(xiàn)蟲(chóng)仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。

近日，河北大學(xué)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所團(tuán)隊(duì)，揭示了松墨天牛大量攜帶松材線(xiàn)蟲(chóng)的內(nèi)在機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)，松墨天牛氣管管腔內(nèi)的氧氣含量隨著線(xiàn)蟲(chóng)數(shù)量的增加而降低，當(dāng)線(xiàn)蟲(chóng)數(shù)量超過(guò)1萬(wàn)頭時(shí)，可造成顯著的低氧脅迫。同時(shí)，攜帶超過(guò)1萬(wàn)頭松材線(xiàn)蟲(chóng)或低氧處理天牛均可引起天牛氣管管壁彈性增強(qiáng)和胞外基質(zhì)增厚。轉(zhuǎn)錄組和基因結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，一種胞外基質(zhì)蛋白Muc91C在攜帶線(xiàn)蟲(chóng)的天牛氣管中上調(diào)表達(dá)至少7倍，該蛋白有著富含甘氨酸和脯氨酸的串聯(lián)重復(fù)序列，與果蠅，岡比亞按蚊中的彈性蛋白有著高度的相似性。通過(guò)組織免疫熒光發(fā)現(xiàn)，Muc91C定位于幾丁質(zhì)螺旋絲層和氣管細(xì)胞層之間。進(jìn)一步的RNA干擾實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)Muc91C下調(diào)后，天牛攜帶松材線(xiàn)蟲(chóng)的能力下降，說(shuō)明Muc91C是介導(dǎo)低氧誘導(dǎo)松墨天牛氣管彈性增強(qiáng)的主要調(diào)控因子。氣管彈力的增加為松材線(xiàn)蟲(chóng)提供更多的空間，同時(shí)增強(qiáng)通氣量，提高了天牛對(duì)低氧的適應(yīng)，保證了松墨天牛對(duì)松材線(xiàn)蟲(chóng)的攜帶能力從而促進(jìn)松材線(xiàn)蟲(chóng)的傳播。該研究闡明了松材線(xiàn)蟲(chóng)利用低氧信號(hào)誘導(dǎo)松墨天牛氣管機(jī)械力的變化來(lái)塑造媒介昆蟲(chóng)承載力的新機(jī)制，并確定了一種新的與管狀器官機(jī)械力有關(guān)的胞外基質(zhì)蛋白分子，為靶向控制病原物的傳播提供了新思路。

松材線(xiàn)蟲(chóng)利用低氧信號(hào)而被大量攜帶的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制模式圖

論文于2023年3月30日在線(xiàn)發(fā)表在eLife雜志，中科院動(dòng)物所博士生唐暄，助理研究員周嬌和河北大學(xué)博士后Tuuli-Marjaana Koski為論文共同第一作者，河北大學(xué)孫江華教授為通訊作者，中科院動(dòng)物所趙莉藺研究員為共同通訊作者。論文得到了國(guó)家自然基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然基金委面上項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。

論文信息：

Tang X, Zhou J, Koski TM, Liu SY, Zhao LL, Sun JH. Hypoxia-induced tracheal elasticity in vector beetle facilitates the loading of pinewood nematode.eLife, 2023, 12: e84621

原文鏈接：

https://elifesciences.org/articles/84621

（生命科學(xué)學(xué)院、科學(xué)技術(shù)處供稿）