番石榴根结线虫（Meloidogyne enterolobii）引发侵袭性病害的比较研究

《Physiotherapy》：A comparative investigation of aggressive pathogenesis by guava root-knot nematode Meloidogyne enterolobii

植物寄生线虫是全球作物减产的主要因素，根结线虫属（Meloidogyne）中的M. enterolobii因高致病性成为新兴威胁。本研究比较M. enterolobii与M. incognita的生物学特性，发现前者3天内幼虫侵入量（116.67 vs. 50.33）和12天雌虫数量（31.67 vs. 6.67）显著更高，根瘤体积更大。基因组分析表明M. enterolobii分泌蛋白（590 vs. 215）和效应蛋白数量（约19,126 vs. 7,684）远超后者，揭示其增强宿主侵染的分子机制。

　　

K.P. Adhuna|Artha Kundu|Manoranjan Dash|Jyoti Yadav|Matiyar Rahaman Khan|Malkhan Singh Gujjar|Nisha Jaiswal|Atul Kumar|Pankaj|Vishal Singh Somvanshi

印度农业研究学院（ICAR）线虫学系，新德里 110012

摘要

植物寄生线虫（PPNs）是全球农作物损失的主要因素，其中根结线虫（Meloidogyne属）被认为是最具经济破坏性的群体。其中，Meloidogyne enterolobii——曾经被认为是一种次要病原体——最近被证实是一种极具侵略性的物种，能够突破其他Meloidogyne属物种的宿主抗性。尽管其全球重要性日益增加，但其致病机制仍不甚明了。本文通过生命周期评估和in silico蛋白质组比较，对M. enterolobii和M. incognita的生物学特性和致病性进行了新颖的比较分析。实验表明，在番茄上的感染结果显示，M. enterolobii的幼虫（J2阶段）在接种后3天内侵入根部的数量显著更多（116.67 vs 50.33个），并在12天内形成的雌性线虫数量也更多（31.67 vs 6.67个）。受M. enterolobii感染的根系中产生的根瘤更大、数量更多。值得注意的是，基因组水平的比较显示M. enterolobii编码的分泌/排泄蛋白（590种 vs 215种）和效应蛋白（约19,126种 vs 7,684种）数量更多，这突显了其在宿主操控方面的强大分子工具箱。这是首次结合生物学实验和蛋白质组分析来揭示M. enterolobii侵略性致病机制的研究。这些发现加深了我们对根结线虫致病性的理解，并为针对这一新兴威胁的管理策略奠定了基础。

引言

线虫是地球上数量最多的多细胞生物[1]。它们占据了大多数已知的生态位，从海洋环境到淡水环境都有分布，并存在于各种陆地栖息地中[2]。对植物和作物造成损害的线虫被称为植物寄生线虫（PPNs）。植物寄生线虫作为内寄生虫或外寄生虫寄生于植物器官[3, 4, 5, 6, 7]。目前已描述了至少4100个PPNs属，具有广泛的宿主范围[8]。全球每年因线虫侵染作物造成的经济损失估计超过1730亿美元[9]。在PPNs中，根结线虫（RKNs），即Meloidogyne属，被认为是最具破坏性的群体，表现出典型的内寄生行为[10]。在全球范围内，Meloidogyne属被认为是最重要的经济线虫，约占作物总损失的5%[6, 11]。尽管Meloidogyne属物种多样性丰富，但大多数研究集中在四种被称为“主要害虫”的物种上，即M. incognita、M. javanica、M. arenaria和M. hapla，因为它们对作物的危害性较大[9]。M. enterolobii是一种近年来新出现的具有侵略性的物种，对多种作物造成了严重损害[12]。它已成为亚热带和热带气候区域广泛存在的严重威胁[12, 13]。M. enterolobii最初在中国海南岛被发现，由Yang和Eisenback于1983年从Enterolobium contortisiliquum树的根部分离出来，该物种名称即由此而来[14]。后来该线虫被归类为M. mayaguensis，后者最初由Rammah和Hirschmann于1988年在波多黎各采集的茄子（Solanum melongena）感染根部中描述[15, 16]。由于其对番石榴树（Psidium guajava）的严重危害，它被称为番石榴根结线虫[17, 18]。与其他RKN物种相比，M. enterolobii可能单独导致了超过65%的作物损失[12]。在巴西多个地区，M. enterolobii破坏了约5,000公顷的番石榴果园，造成直接经济损失超过1.127亿雷亚尔（约合6100万美元）[19, 20]。由于其广泛的宿主范围，这种线虫在管理上也构成了重大挑战。M. enterolobii的特殊之处在于它能够感染对主要Meloidogyne物种具有抗性的作物，包括抗性棉花、甘薯、番茄（Mi-基因）、马铃薯（Mh基因）、大豆（Mir1基因）、甜椒（N基因）、甜椒（Tabasco基因）和豇豆（Rk基因）[12, 21, 22]。尽管对M. enterolobii进行了大量研究，但关于其相对于其他根结线虫物种（如M. incognitaM. enterolobii和M. incognita在宿主植物上的生命周期和生物学特性，并进行了比较基因组分析，以了解可能促进M. enterolobii>致病性的生物学和分子机制。

线虫鉴定与培养

M. enterolobii和M. incognita根结线虫种群是从印度新德里ICAR-印度农业研究学院线虫学系的温室中采集的番茄和茄子感染根部中分离得到的。通过显微镜观察会阴部结构[23]以及使用特定序列特征的扩增区域（SCAR）标记进行PCR分子诊断[24, 25]（见表1）来确认每个种群的物种身份。

线虫鉴定

根结线虫的身份通过形态学和分子方法进行确认。根结线虫的会阴部结构包括外阴-肛门区域、尾部末端、噬菌体、侧线和位于雌性后体区域的周围角质条纹。这种独特的复杂结构是由于角质层折叠形成的，用于Meloidogyne属内线虫的物种鉴定。

讨论

本研究旨在探讨M. enterolobii相较于M. incognita更具侵略性的原因。为此，我们评估了这两种线虫的关键生物学特征，并对其蛋白质组进行了初步的in silico比较分析，以识别可能与宿主感染相关的蛋白质差异。针对其他植物病原体（如Phytophthora infestans和Puccinia graminis的研究表明，增强侵略性可能与某些因素有关。

结论

我们的研究结果表明，M. enterolobii可能比M. incognita更具侵略性，这体现在其更高效的宿主定殖能力、更快的繁殖速度以及可能拥有更多种类的致病因子，这些因子有助于逃避或抑制宿主免疫反应。深入理解根结线虫物种间这种差异性的生物学和分子决定因素对于揭示疾病机制至关重要。

作者贡献声明

Vishal Singh Somvanshi：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源协调、项目管理、方法学设计、数据分析、概念构建。Adhuna K. P.：初稿撰写、方法学设计、实验研究。Artha Kundu：方法学设计。Atul Kumar：资源协调。Pankaj Singh：监督、资源协调。Nisha Jaiswal：数据分析。Manoranjan Dash：方法学设计。Jyoti Yadav：方法学设计。Matiyar Rahaman Khan：监督。Malkhan Singh Gujjar：监督

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据可用性

用于撰写手稿的数据以表格和图表的形式提供在文中。

资助

印度新德里ICAR-IARI研究生院提供的奖学金资助了Adhuna K. P.的研究工作。

致谢

作者感谢印度新德里ICAR-IARI研究生院以及ICAR-IARI联合主任和主任提供的设施和支持。