近日，中国农业科学院植物保护研究所作物线虫和细菌病害监测和防控创新团队在Journal of Advanced Research (IF12.8)发表了题为“Beet cyst nematode HsSNARE1 interacts with both AtSNAP2 and AtPR1 and promotes disease in Arabidopsis”的研究论文。该研究鉴定了一个甜菜孢囊线虫蛋白效应子HsSNARE1，揭示了一种新的孢囊线虫与寄主植物相互作用机制：HsSNARE1通过同时与寄主拟南芥AtSNAP2和AtPR1互作，显著抑制 AtPR1 和 A  tSHMT4 的表达而致病。

孢囊线虫是植物生长发育过程中一类分布广、危害严重的病原线虫，每年造成巨大的作物产量与经济损失。孢囊线虫主要通过口针分泌一系列酶/蛋白效应子进入植物根细胞中，诱导根部维管束附近细胞融合形成合胞体（syncytia），吸取寄主营养，完成生活史，危害寄主。目前，鉴定的孢囊线虫蛋白效应子数量有限，且大多数效应子的致病机制以及孢囊线虫和寄主的互作机制尚不清楚，迫切需要鉴定更多的孢囊线虫蛋白效应子，阐明孢囊线虫的致病机制以及其与寄主的相互作用机制以制定长期有效防治该类病原线虫的策略与措施。

大豆的2个主要大豆孢囊线虫SCN抗性位点基因 Rhg4 GmSHMT08  (Liu et al., Nature, 2012, 492: 256-260)及 rhg1  [ rhg1-b  ( GmAAT ,  GmSNAP18  and  GmWI12 , Cook et al., Science, 2012, 338: 1206-1209)及 r  hg1-a GmSNAP18  (Liu et al., Nature Communications, 2017, 8: 14822)]已获克隆与功能鉴定。与SHMTs/SNAPs互作的孢囊线虫蛋白及其功能与互作机制尚不清楚。该研究克隆了一个含t-SNARE结构域的大豆孢囊线虫基因 H  gSNARE1 ，并从甜菜孢囊线虫(beet cyst nematode, BCN)  Heterodera schachtii 克隆了一个与 H  gSNARE1 同源性高达96.8%的 H  sSNARE1 。通过原位杂交及免疫组化等分析表明HsSNARE1是一个蛋白效应子。异源表达 HsSNARE1 能显著增强转基因拟南芥的BCN感病性，而异源表达 HgSNARE1 显著降低了转基因拟南芥的BCN感病性，二者表现出相反的功能。蛋白结构模拟与分析表明HsSNARE1和HgSNARE1的N-端3个关键氨基酸残基多态性（E141D，A143T，-148S）能引起局部结构发生显著变化，在该区域HsSNARE1的为无规则卷曲（random coils），而HgSNARE1的是α-螺旋（α-helixes）。将HsSNARE1中这3个多态性氨基酸残基对应的核苷酸序列替换成HgSNARE1中的对应序列构建了 H  sSNARE1 的突变体 H  sSNARE1-M1 。异源表达 H  sSNARE1-M1 转基因拟南芥表现与 H  gSNARE1 转基因植株相似的BCN侵染表型，显著降低了拟南芥对BCN的感病性。进一步的分析表明，HsSNARE1、HgSNARE1及HsSNARE1-M1均可通过其t-SNARE结构域与 r  hg1-a  GmSNAP18的拟南芥同源蛋白AtSNAP2互作；HsSNARE1还可通过N-端与AtPR1互作，而HsSNARE1-M1和HgSNARE1均不能与AtPR1互作。另外，AtSNAP2、 R  hg4  GmSHMT08的拟南芥同源蛋白AtSHMT4及AtPR1可两两互作， 但 HsSNARE1、HgSNARE1及HsSNARE1-M1均不能与AtSHMT4互作。基因表达分析表明异源表达 H  sSNARE1 转基因拟南芥显著抑制了 A  tPR1 和 AtSHMT4 的表达，相反，异源表达 HsSNARE1-M1 及 H  gSNARE1 转基因拟南芥均显著促进了 A  tPR1 和 AtSHMT4 的表达。由此推断，孢囊线虫t-SNARE效应蛋白HsSNARE1通过同时与AtSNAP2和AtPR1互作刺激拟南芥感病，但第141、143及148位的氨基酸残基发生突变引起局部结构变化，从而失去与AtPR1结合的能力，导致拟南芥对BCN的感病性降低。

该研究获得了国家自然科学基金及中国农业科学院农业科技创新工程等项目的资助。中国农业科学院植物保护研究所博士生赵洁（已于今年6月毕业）为第一作者，刘世名研究员为通讯作者。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123222001588。