水稻與水稻內(nèi)寄生線蟲互作機制研究進展

張磊+孫曉棠+崔汝強

摘要：水稻內(nèi)寄生線蟲病是水稻重要病害之一。我國作為水稻重要種植區(qū)，長期受該類線蟲病危害，產(chǎn)量損失無法統(tǒng)計，且國內(nèi)相關(guān)研究存在較大真空。水稻潛根線蟲、水稻根結(jié)線蟲和水稻干尖線蟲為我國水稻種植區(qū)重要的線蟲病害，近年來對它們與水稻互作機制的研究已取得較大進展。水稻內(nèi)寄生線蟲通過機械損傷和分泌多種效應(yīng)蛋白改變寄主細胞結(jié)構(gòu)與功能侵染水稻。水稻則主動調(diào)節(jié)其代謝水平、營養(yǎng)配置、細胞壁修飾酶編碼基因以及防衛(wèi)相關(guān)基因表達水平來抵抗水稻內(nèi)寄生線蟲的侵染。水楊酸（SA）途徑、茉莉酸甲酯（JA）途徑為水稻抵抗該類線蟲侵染的主要激素途徑。乙烯（ET）在水稻抵抗RKNs中依賴完整的JA途徑，而在抵抗RRNs時，則不依賴JA途徑。外源性脫落酸（ABA）通過與SA/JA/ET途徑拮抗使水稻對RRNs的親和性增強。本文介紹了我國水稻種植區(qū)內(nèi)3種主要的內(nèi)寄生線蟲病，并對其致病機制、水稻抗該類線蟲病機理及植物激素在其互作中的作用進行了概述，對研究水稻內(nèi)寄生線蟲病的防治具有重要理論意義，為深入研究開發(fā)水稻抗線蟲資源奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：寄生線蟲；水稻；侵染機制；代謝水平；防衛(wèi)基因；互作機制；植物激素；研究進展

中圖分類號： S4324+5文獻標(biāo)志碼：

文章編號：1002-1302（2017）16-0001-07

收稿日期：2017-01-12

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：31260423）；江西農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生創(chuàng)新專項資金（編號：NDYC2016-S003）。

作者簡介：張磊（1993—）男，安徽亳州人，碩士研究生，主要從事植物病理學(xué)研究。E-mail：zljxau@foxmailcom。

通信作者：崔汝強，博士，副教授，主要從事植物病理學(xué)研究。E-mail：cuiruqiang@jxaueducn。

水稻是世界范圍內(nèi)種植的主要糧食作物之一，也是優(yōu)秀的單子葉模式生物。由于水稻內(nèi)寄生線蟲的危害，全世界水稻產(chǎn)量年均損失在10%～25%，導(dǎo)致全球農(nóng)業(yè)每年損失大約為1 570億美元。水稻根結(jié)線蟲（Meloidogyne spp）、潛根線蟲（Hirschmanniella spp）、水稻干尖線蟲（Aphelenchoides besseyi）為水稻產(chǎn)區(qū)最重要的病原線蟲。在國內(nèi)，水稻根結(jié)線蟲病于1974年被首次報道，并表明該線蟲廣泛分布在我國南方水稻種植區(qū)，海南省至2016年發(fā)現(xiàn)該線蟲病已擴展蔓延和危害到全省水稻種植區(qū)。由于該線蟲寄主范圍廣，危害嚴(yán)重，在科學(xué)研究與農(nóng)業(yè)實踐中已受到高度重視。水稻干尖線蟲在我國危害比較嚴(yán)重，國內(nèi)對其報道比較早，近年來對其致病力、與水稻互作機制、發(fā)病情況及防治的研究逐漸深入。早期該病害為檢疫對象，后因防控力度加大，其危害得到控制，但近年來由于直播稻的使用和推廣，缺乏對水稻種子的處理，使該種種傳病害在國內(nèi)的危害逐漸加劇。水稻潛根線蟲危害全球58%的水稻種植區(qū)，導(dǎo)致水稻產(chǎn)量損失占總損失的25%左右，嚴(yán)重時可達30%。隨著旱稻的使用和農(nóng)業(yè)實踐的改變，近年來水稻潛根線蟲蟲口密度呈增長趨勢[16]。該線蟲在世界水稻種植區(qū)內(nèi)均被發(fā)現(xiàn)，但主要發(fā)現(xiàn)在亞洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)分布[4]。在我國，1981年馮志新就已報道該線蟲病普通存在于我國南方水稻種植區(qū)[17]，此后在廣西、湖南、安徽、福建、海南等地均有該類病害的相關(guān)報道。對江西省部分水稻種植區(qū)潛根線蟲進行形態(tài)學(xué)鑒定，總共鑒定出6種潛根線蟲[18]?？梢姡緝?nèi)寄生線蟲病已廣泛危害我國水稻種植區(qū)。

近年來對水稻內(nèi)寄生線蟲的研究雖日益深入，但主要集中在水稻根結(jié)線蟲病和水稻干尖線蟲上。水稻潛根線蟲病對我國水稻種植區(qū)雖已產(chǎn)生較大危害，但對其了解甚少、重視不足。了解包括水稻潛根線蟲病在內(nèi)的水稻內(nèi)寄生線蟲病，為我國進一步開展相關(guān)科學(xué)研究及農(nóng)業(yè)實踐所需。

水稻內(nèi)寄生線蟲

水稻潛根線蟲

水稻潛根線蟲（RRNs）隸屬墊刃目（Tylenchida），短體線蟲科（Pratylenchidae），潛根線蟲屬（Hischmanniella Luc & Goody 1963）。至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)35種該屬線蟲，水稻為該類內(nèi)寄生線蟲的主要寄主，此外，30多種單子葉植物和雙子葉植物也可被它廣泛寄生[3]。該屬能寄生在水稻根部的線蟲統(tǒng)稱為水稻潛根線蟲，目前已發(fā)現(xiàn)有11個種的該類線蟲能導(dǎo)致水稻產(chǎn)量損失，包括水稻潛根線蟲（Horyzae）、刺尾潛根線蟲 （Hspinicaudata）、伊瑪姆潛根線蟲（Himamuri）、尖細潛根線蟲（Hmucronata）、纖細潛根線蟲（Hgracilis）、索恩潛根線蟲（Hthornei）、貝氏潛根線蟲（Hbelli）、刻尾潛根線蟲（Hcaudacrena）、水稻門格勞林根線蟲（Hmangaloriensis）、沙米姆潛根線蟲（Hshamimi）和印度小桿線蟲（Hindica）。

水稻潛根線蟲幼蟲和成蟲都能侵入除根尖以外的水稻根部組織，其侵染水稻的主要階段是水稻分蘗期。但盆栽試驗表明，該線蟲可在水稻胚芽期侵染胚及幼根，而不侵染幼芽，此時的侵入并不影響種子萌發(fā)率和成苗率[19]。該線蟲侵染水稻后可導(dǎo)致水稻根部腐爛，呈黃棕色，水稻分蘗、開花受抑制或延遲，根部及須根生長受阻，進而導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降（表1、圖1）[20]。它在地上部引起的表癥類似于水稻缺乏水和氮元素（表1）[21]。該線蟲侵入種植在土壤中的水稻根部的量顯著高于該線蟲侵入種植在水、沙等介質(zhì)中水稻根部的量。若土壤營養(yǎng)物質(zhì)豐富，少量該線蟲的侵染能刺激水稻側(cè)根形成，而其大量的侵染會抑制側(cè)根形成[19]。它侵入水稻根部后，不會形成固定的取食位點，而是在水稻根部通氣組織中自由移動和取食，因此，這類線蟲被稱為遷移型內(nèi)寄生線蟲。在成功侵染后數(shù)天，雌蟲在水稻根部產(chǎn)卵，4～5 d蟲卵孵育完成，若條件適宜其完成生活史只需要5周左右。

線蟲侵染特征環(huán)境適應(yīng)性水稻病癥主要種群endprint

侵入伸長區(qū)后移向維管束，在維管束誘導(dǎo)巨大細胞形成，該位點周圍細胞增生和肥大導(dǎo)致根結(jié)形成。蟲卵產(chǎn)生后保存在根結(jié)中或附著在根部表面。旱稻、夏季灌溉-干旱交替種植的水稻易被侵入；干旱后的雨季容易導(dǎo)致水稻產(chǎn)量損失。水稻黃化、植株矮小、分蘗減少、成熟延遲、根部增生和水稻減產(chǎn)。爪哇根結(jié)線蟲、南方根結(jié)線蟲

[潛根線蟲主要在水稻分蘗期侵染除根尖以外的根部組織；侵入水稻根部后在通氣組織中移動，不形成固定取食位點。[SQ2]能在長期缺氧條件下生存；適合灌溉種植的水稻；以蟲卵的形式保存在殘留的水稻根部或其他寄主根部。[SQ2]根部腐爛，呈黃棕色；水稻分蘗、開花受抑制或延遲；根部及須根生長受阻。[SQ2]有11個種如：水稻潛根線蟲（Horyzae）、刺尾潛根線蟲（Hspinicaudata）、印度小桿線蟲（Hindica）

干尖線蟲[分蘗期取食腋芽，后遷移至花穗，開花期進入小花穗，在種子成熟前進入種子，蜷曲后呈休眠狀態(tài)，為種傳病害。環(huán)境適應(yīng)性強；若種子干燥，其可在種子內(nèi)存留3年。葉片淡黃色至黃白色，后扭曲成灰白色干尖，病健交界處彎曲的褐色界紋，最終導(dǎo)致壞死。[SQ2]干尖線蟲（Phelenchoides besseyi）

包囊線蟲幼蟲通過口針刺穿侵入根部組織后，移向維管束并誘導(dǎo)形成多核體。蟲卵產(chǎn)生后排到根部形成黃棕色孢囊。[SQ2]環(huán)境適應(yīng)性強。葉片成黃褐色，根部腐爛，植株萎蔫，分蘗減少和開花提前。[SQ2]已經(jīng)報道4個種，在我國被報道的只有旱稻孢囊線蟲（Heterodera

水稻根結(jié)線蟲

水稻根結(jié)線蟲（RKNs）作為水稻最重要的線蟲病害，可導(dǎo)致水稻產(chǎn)量損失高達70%[4]。其2齡幼蟲侵入水稻根部伸長區(qū)后向維管束移動，到達維管束后，RKNs誘導(dǎo)維管束細胞形成巨大細胞，該結(jié)構(gòu)為其完成生活史提供所需營養(yǎng)（表1、圖2-B）[22]。巨大細胞周圍細胞的增生和過度生長導(dǎo)致水稻根部形成根結(jié)，成為該線蟲的“永久性”取食位點，此與水稻潛根線蟲不同。干旱、夏季灌溉-干旱2種種植方法種植的水稻均易被RKNs侵入（表1、圖2-B）[23-24]。RKNs中危害最為嚴(yán)重的是爪哇根結(jié)線蟲（M graminicola）和南方根結(jié)線蟲[25]。爪哇根結(jié)線蟲侵染水稻后導(dǎo)致水稻黃化，植株矮小，分蘗減少，成熟延遲，根部增生和水稻減產(chǎn)17%～32%，該線蟲引起的典型病癥是在誘導(dǎo)水稻根部形成鉤形根結(jié)[4]。該線蟲侵染水稻后2 d誘導(dǎo)形成巨大細胞，4 d后J2幼蟲開始依靠巨大細胞進行取食，12 d后其發(fā)育處于J3、J4階段，15 d 后成為成蟲，18～20 d蟲卵產(chǎn)生[26]，條件適宜條件下蟲卵完成生活史只需2～3周[27]。由于該線蟲蟲卵可長期寄存在水稻根部，在條件適宜時孵化并誘導(dǎo)形成新的寄生位點，且其蟲口密度比較大，此二者使防治難度加大。與爪哇根結(jié)線蟲不同的是南方根結(jié)線蟲不會誘導(dǎo)水稻根部形成典型的鉤形根結(jié)，且其蟲卵是附著在水稻根部表面，表明可在寄主體外完成生活史，孵化成2齡幼蟲后才具備侵染能力。

13水稻干尖線蟲

作為水稻葉片病害之一的水稻干尖線蟲能引起水稻白尖病，由于其為種傳病害，該病在世界水稻種植區(qū)廣泛傳播[4]。該線蟲最早在日本九州發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)傳入我國，曾被列為檢疫對象，后因?qū)ΨN子進行嚴(yán)格檢疫處理，該病害得以控制，但近幾年由于直播稻的使用，該線蟲危害范圍再次擴大，在我國多地均被發(fā)現(xiàn)[14]。在水稻分蘗期，該線蟲在腋芽取食，導(dǎo)致葉片表面成白粉狀，最終導(dǎo)致壞死（[4]。后期，該線蟲遷移到花穗中，在開花期進入小花穗，取食胚、漿片、子房和雄蕊，還可取食種子。在種子成熟前，該線蟲蜷曲后在種子內(nèi)以一種休眠狀態(tài)存活，此時通過種子可傳播，若種子干燥，該線蟲可在種子內(nèi)存活3年之久。在30 ℃時，其完成生活史只需

[28]。其導(dǎo)致水稻產(chǎn)生的癥狀為水稻植株矮小、活力下降、旗葉變形、不育及種子矮小變形（表1）。

以上介紹的3種內(nèi)寄生線蟲病害為我國水稻種植區(qū)的主要線蟲病害，但我國水稻種植區(qū)也存在其他線蟲病，如水稻孢囊線蟲?。ū?，圖2-A）[30]。目前已鑒定出的對水稻具有致病性的孢囊線蟲有4種，分別是旱稻孢囊線蟲（H elachista）、擬水稻孢囊線蟲（H oryzicola）、水稻孢囊線蟲（H oryzae）、甘蔗孢囊線蟲（H sacchari），但其分布非常受限，只有H Elachista在我國被發(fā)現(xiàn)，其他3種主要在印度、日本、意大利、非洲西部被報道。2齡孢囊線蟲利用口針刺穿根部表層組織后侵染水稻，隨后移向維管束，誘導(dǎo)鄰近細胞融合形成多核體，進而成為永久性取食位點，蟲卵產(chǎn)生后被排出水稻根部，形成堅硬的黃棕色孢囊。孢囊線蟲的侵染會導(dǎo)致水稻葉片成黃褐色，根部腐爛，植株萎蔫，分蘗減少和開花提前（表1、圖2）。對擬水稻孢囊線蟲和甘蔗孢囊線蟲的報道表明該類線蟲可引起水稻產(chǎn)量損失高達42%，但在我國，還沒有相關(guān)研究對其在水稻上的危害進行評估。

2水稻內(nèi)寄生線蟲侵染機制

近幾年，來自水稻內(nèi)寄生型線蟲的基因序列信息不斷增多，為研究水稻與其內(nèi)寄生線蟲互作提供了有利條件[31-37]。除對水稻根部組織的機械損傷外，該線蟲在侵染和移動過程中可通過口針向水稻根部表層或內(nèi)部組織注入它的食道腺分泌物[38]，也可將它的皮下組織、頭感器、角質(zhì)層和生殖排泄系統(tǒng)分泌物釋放到水稻根部[21，39]。早期將從該分泌物中分離鑒定出的基因所編碼的蛋白稱為分泌蛋白[40]，但近年來效應(yīng)蛋白一詞被植物寄生線蟲研究者接受[41-42]。研究表明，該分泌物中含有多種效應(yīng)蛋白[34]，這些效應(yīng)蛋白能改變寄主水稻的細胞結(jié)構(gòu)和功能，對水稻內(nèi)寄生型線蟲的侵染及后期寄生生活有重要作用。

21改變水稻根部細胞結(jié)構(gòu)

水稻細胞壁主要由微纖維、半纖維素和膠質(zhì)構(gòu)成，葉片和根部表層為蠟質(zhì)層，共同構(gòu)成水稻抵抗多種病原物侵染的物理屏障，而水稻內(nèi)寄生線蟲為維持其生存進化出一套完整的寄生機制。研究發(fā)現(xiàn)，水稻內(nèi)寄生型線蟲的食道腺分泌物中含有多種細胞壁水解酶類，能對水稻根部細胞壁進行修飾或降解，為其侵染及取食提供有力保障。通過分析水稻潛根線蟲高通量測序結(jié)果發(fā)現(xiàn)了7類不同的細胞壁修飾酶：β-1，4-內(nèi)切葡聚糖酶[43]、擴展蛋白[44]、果膠裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、poly-α-D-galacturonosidase、木聚糖酶，其中擴展蛋白表達量最高，該蛋白能改變植物細胞壁韌性，對水稻內(nèi)寄生型線蟲成功侵入具有重要意義。通過對水稻潛根線蟲 mRNA-seq結(jié)果分析，首次發(fā)現(xiàn)β-甘露聚糖酶和β-木糖苷酶在該線蟲咽腺表達[34]。這2種酶參與半纖維素的降解，在該線蟲侵染水稻初期發(fā)揮重要作用。水稻潛根線蟲侵染水稻初期，細胞壁修飾酶對水稻根部組織細胞的修飾或降解導(dǎo)致水稻根部形成空洞，隨著酶解加劇，空洞不斷深入，水稻潛根線蟲通過其侵入水稻根內(nèi)。同時這種根部組織破損會導(dǎo)致水稻潛根線蟲侵入位點周圍的組織腐爛，呈黃棕色。該線蟲侵入根部后在水稻根部通氣組織中移動，沿該線蟲移動的路徑會有壞死組織產(chǎn)生，此壞死組織可引起二次侵染及水稻其他病害的復(fù)合侵染。與習(xí)居型內(nèi)寄生線蟲（水稻根結(jié)線蟲）不同的是，該線蟲不會在水稻根部形成“巨大細胞”樣的永久性取食位點。目前還沒有研究表明該線蟲侵入水稻根部后，其細胞壁水解酶類編碼基因是否始終高度表達，以維持其在水稻根部的取食和其他生命活動。當(dāng)其在水稻根部的生存環(huán)境發(fā)生變化，該線蟲可能通過類似上述機制逃離水稻根部，但對于已經(jīng)嚴(yán)重受損的水稻根部組織，該線蟲的逃離機制是否與此相似仍有待研究，在這種情況下該線蟲可能僅通過機械方式逃離水稻根部，找尋新的寄主。endprint

22改變水稻根部細胞功能

為應(yīng)對水稻根部防衛(wèi)系統(tǒng)及維持其在水稻根部的生存，長期以來水稻內(nèi)寄生型線蟲進化出與之相適應(yīng)的侵染、取食、繁殖機制。此機制雖為研究熱點，但對該機制的了解依然甚少，其中了解較多的是水稻內(nèi)寄生型線蟲分泌物中能改變寄主水稻根部細胞結(jié)構(gòu)的細胞壁修飾酶類和能改變水稻根部細胞功能的蛋白。對于能改變寄主根部細胞功能的物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)其能重新編程水稻根部基因的表達模式，使部分基因上調(diào)或下調(diào)以確保該線蟲的侵入，甚至誘導(dǎo)水稻根部細胞凋亡[33]。對于屬活體營養(yǎng)型的水稻潛根線蟲，這種細胞凋亡被認為是水稻的自我保護機制之一。而對于水稻根結(jié)線蟲的研究結(jié)果表明，該線蟲在誘導(dǎo)水稻根部形成取食位點期間不僅沒有誘導(dǎo)水稻細胞凋亡，反而抑制了水稻根部細胞死亡[33]。分析RRNs和RKNs與水稻互作時發(fā)現(xiàn)，2個與分支酸變位酶和異分支酸酶同源的效應(yīng)蛋白[34]，該效應(yīng)蛋白能下調(diào)水稻莽草酸酯和苯基丙酸類物質(zhì)合成的下游途徑[45]，解除寄主對水楊酸合成途徑的調(diào)控[34]。水稻內(nèi)寄生線蟲不僅能影響水稻根部組織的生長代謝[29，33，46]，甚至能征服寄主植物抗病系統(tǒng)[47]，如鈣網(wǎng)蛋白Mi-CRT為南方根結(jié)線蟲分泌的效應(yīng)子之一，它能抑制水稻免疫系統(tǒng)以確保新寄生位點的形成[26]。在根結(jié)中，因根結(jié)線蟲取食營養(yǎng)，初級代謝被強烈誘導(dǎo)實屬正常，但根部葉綠素和四吡咯物合成被上調(diào)就難以給出合理解釋，并且這一現(xiàn)象已經(jīng)被共聚焦顯微鏡和轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果證實[33，46]。

[3水稻抗水稻內(nèi)寄生線蟲機制

水稻植株表面的蠟質(zhì)層與水稻細胞壁結(jié)構(gòu)雖然形成了水稻阻擋多種病原物侵染的機械屏障，但水稻內(nèi)寄生線蟲如水稻潛根線蟲、根結(jié)線蟲能通過口針將這層屏障刺破，然后取食，也或者向水稻根部組織注入效應(yīng)蛋白誘導(dǎo)重編水稻根部細胞基因表達模式，使水稻朝著利于水稻內(nèi)寄生線蟲侵染、取食和繁殖的方向改變[22]。兩者互作促進了兩者的共同進化。為了抵抗水稻內(nèi)寄生線蟲的侵染，水稻主動調(diào)節(jié)其代謝水平、營養(yǎng)配置、細胞壁修飾酶編碼基因表達、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑以及防衛(wèi)相關(guān)基因表達。

31調(diào)節(jié)代謝水平和重新配置營養(yǎng)運輸

水稻內(nèi)寄生線蟲侵入水稻后，依靠從水稻根部汲取的營養(yǎng)維持它的生長發(fā)育繁殖，而這種取食直接影響到水稻獲取生長發(fā)育所需的養(yǎng)分。水稻主動調(diào)節(jié)其根部新陳代謝水平，并對營養(yǎng)物質(zhì)的運輸作出相應(yīng)的調(diào)整，以保證其獲取營養(yǎng)和限制病原取食。受水稻潛根線蟲的侵染，水稻根部代謝水平和營養(yǎng)運輸發(fā)生了下調(diào)[33]，水稻依此限制該線蟲獲取營養(yǎng)，從而直接阻礙該線蟲汲取生長發(fā)育所需的營養(yǎng)。

32修飾與合成水稻細胞壁

水稻細胞壁合成酶編碼基因和蠟質(zhì)層合成相關(guān)基因的表達上調(diào)作為水稻抵抗多種病原物侵染的基本方式之一，在受水稻內(nèi)寄生線蟲侵染后的水稻根部也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。受水稻內(nèi)寄生型線蟲侵染后，水稻根部木質(zhì)素合成酶類、纖維素合成酶類、果膠合成酶類等植物細胞壁修飾酶的編碼基因和蠟質(zhì)合成酶類的編碼基因的表達量發(fā)生上調(diào)，同時水稻根部細胞壁降解酶抑制子編碼基因的表達也發(fā)生上調(diào)[33]。這些細胞壁降解酶抑制子的存在能減緩或抑制水稻潛根線蟲食道腺分泌的植物細胞壁修飾酶對水稻細胞壁的降解，增強水稻對水稻內(nèi)寄生線蟲的抗性。水稻細胞壁合成酶相關(guān)抑制子編碼基因的表達被下調(diào)[33]，表明水稻已開放對細胞壁合成的控制，但令人疑惑的是為什么水稻不能在線蟲侵入位點最大限度地合成或修復(fù)細胞壁以抵抗水稻內(nèi)寄生線蟲的侵染，也或者是內(nèi)寄生線蟲分泌物中含有某種成分能干擾或阻斷水稻細胞壁合成的途徑。此外，水稻根部擴展蛋白樣蛋白編碼基因也被發(fā)現(xiàn)下調(diào)[33]，該蛋白能調(diào)整水稻根部細胞壁彈性和硬度，對其內(nèi)寄生線蟲的侵入有重要影響。使用外源性硫胺素（VB1）處理日本晴后進行線蟲接種試驗，結(jié)果表明該物質(zhì)處理使水稻中過氧化氫和木質(zhì)素發(fā)生積累，導(dǎo)致水稻對根結(jié)線蟲抗性增強[48]。說明水稻修飾或重新合成細胞壁在其抵抗線蟲病害過程中發(fā)揮重要作用。

33防衛(wèi)基因

水稻內(nèi)寄生線蟲的侵染導(dǎo)致水稻代謝水平發(fā)生改變，而這些改變最終會引起水稻中一系列防衛(wèi)蛋白編碼基因的表達，如PR蛋白、酚類物質(zhì)編碼基因、蛋白酶抑制劑編碼基因、幾丁質(zhì)酶編碼基因等。同樣，當(dāng)水稻受水稻內(nèi)寄生線蟲侵染時，水稻中的過氧化物酶（POD）、酪氨酸解氨酶（TAL）、多酚氧化酶（PPO）等防御酶活性也相應(yīng)增強[49]，同時水稻中多種具有氧化活性的代謝產(chǎn)物產(chǎn)量也明顯增加，這些防御酶類與氧化活性物質(zhì)在水稻抵抗多種病原中發(fā)揮重要作用。在水稻受水稻內(nèi)寄生線蟲侵染后，共同構(gòu)成水稻防衛(wèi)系統(tǒng)以抵御病害。此外還有報道表明，潛根線蟲誘導(dǎo)的水稻系統(tǒng)防衛(wèi)反應(yīng)與稻瘟病誘導(dǎo)的水稻防衛(wèi)反應(yīng)相似[32]。

4植物激素在水稻與內(nèi)寄生線蟲互作中的作用

植物激素在植物生長發(fā)育以及抵抗生物與非生物脅迫過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。早期對植物激素作用的研究主要集中在植物生長發(fā)育和抵抗微生物病害上。隨著研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)植物激素介導(dǎo)的信號途徑在植物體內(nèi)相互影響，構(gòu)成復(fù)雜的信號交互網(wǎng)絡(luò)，這種交互網(wǎng)絡(luò)為植物靈敏、快速、準(zhǔn)確響應(yīng)不同病害侵染的生物學(xué)基礎(chǔ)。近年來，植物激素如水楊酸（SA）、乙烯（ET）、茉莉酸（JA）、脫落酸（ABA）等在植物抗病中的作用已倍受關(guān)注，并且對其作用機制的研究已較為深入[50-52]。除了少數(shù)特例外，普遍認為SA介導(dǎo)的信號途徑與植物抵抗活體營養(yǎng)型病原物侵染相關(guān)，而JA和ET介導(dǎo)的信號途徑則在植物抵抗死體營養(yǎng)型病原物侵染中發(fā)揮重要作用[53]。通常這些途徑相互拮抗，或能誘導(dǎo)減弱彼此的作用[54-55]，近期對水稻抗水稻內(nèi)寄生線蟲機制的研究加深了對植物激素交互作用的理解[32-33，56-58]，結(jié)果如圖3所示[59]。

目前已有很多報道指出，SA能誘導(dǎo)植物根部防衛(wèi)反應(yīng)抵抗根結(jié)線蟲的侵染[60-63]。但近期的研究發(fā)現(xiàn)，水稻根部抵御RKNs的防衛(wèi)反應(yīng)主要由JA和ET途徑誘導(dǎo)，并且ET途徑介導(dǎo)水稻抵抗RKNs依賴完整的JA途徑[58]，而在水稻抵抗?jié)摳€蟲時ET途徑則不依賴完整的JA途徑[64]。對于ET信號途徑在抵抗這2種水稻寄生線蟲時作用機制的差異，目前還沒有研究給出合理的解釋，但有研究人員認為此差異由2種植物寄生線蟲不同的侵染策略和生活方式導(dǎo)致[64]。JA途徑能獨立地誘導(dǎo)水稻抵抗這2類水稻內(nèi)寄生線蟲。雖然SA途徑在水稻抵抗這2類活體寄生型植物線蟲時都起到積極作用，但在水稻受RRNs侵染后3 d，[WTBX][STBX]OsNPR1和OsPR1b[WTBZ][STBZ]基因的表達顯著上調(diào)，而后者在7 d時的表達量顯著下調(diào)。這2個在水稻抗病中起作用的基因由SA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)表達，可見SA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在水稻抵抗該線蟲初期侵染中發(fā)揮重要作用，但后期其在水稻抵抗RRNs中的作用減小[32]，而且SA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在水稻抵抗RKNs中作用微弱[58]。雖然研究發(fā)現(xiàn)SA在番茄中能降低RKNs的繁殖能力[65]，但這一發(fā)現(xiàn)還未在水稻中得到證實。endprint

目前，脫落酸（ABA）在植物抵抗病原侵染中的作用尚不明確，甚至存在爭議[66]。ABA噴灑處理有時能增加植物的抗病性，有時卻使植物易受病原物侵染[67-68]。鑒于ABA途徑誘導(dǎo)的MAPK蛋白激酶OsMPK5在水稻防衛(wèi)響應(yīng)中發(fā)揮重要

作用[69]，用50 μm外源ABA處理日本晴（Oryza sativa L japonica cv Nipponbare）和日本優(yōu)（Oryza sativa L japonica cv Nihonmasari）水稻，之后對其進行RRNs接種試驗，結(jié)果顯示試驗組的這2種水稻根部皆易被RRNs侵入，表明外源性ABA處理使水稻易受RRNs侵染。此后其對OsMPK5沉默型水稻植株接種該線蟲，結(jié)果顯示試驗組水稻對RRNs具有抗性，但外源ABA處理后的OsMPK5沉默型水稻植株不僅恢復(fù)了對RRNs的敏感性，而且該株系更易受該線蟲侵染。這意味著外源性ABA處理使水稻對RRNs親和性的提高不僅僅只是通過活化OsMPK5實現(xiàn)，除非該基因低水平地表達就能抑制水稻根部防衛(wèi)系統(tǒng)[64]。在雙子葉和單子葉植物中ABA信號途徑均與SA信號途徑有拮抗作用（圖3），并且這種拮抗作用被認為是外源性ABA處理能導(dǎo)致植物對病害親和性增加的原因[70-72]。外源性ABA處理水稻植株后，水稻根部SA合成及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)基因被強烈抑制，結(jié)合突變體技術(shù)其還發(fā)現(xiàn)ABA通過與JA和SA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑拮抗使水稻根部易受RRNs侵染[64]。

對于赤霉素（GA）、植物生長素（Aux）、細胞分裂（CKs）和油菜素內(nèi)酯（BRs）的研究集中體現(xiàn)在植物生長發(fā)育調(diào)節(jié)和植物抵抗非生物脅迫方面，但是這些激素途徑往往會與SA、JA、ET途徑交互，共同影響水稻抵抗水稻內(nèi)寄生線蟲的防衛(wèi)反應(yīng)[73]。例如，BRs通過與JA途徑拮抗，抑制水稻抵御RKNs的系統(tǒng)防衛(wèi)反應(yīng)（圖3）[74]。對受RRNs和RKNs侵染的水稻轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)在根結(jié)中BR合成蛋白OsDWARF和其響應(yīng)蛋白BAK1具有較高表達量，BAK1與BRI1共同參與信號傳導(dǎo)，并且其同系物在水稻受線蟲侵染后被上調(diào)，可見BRs在水稻與線蟲互作中具有重要作用[32]。對于GA途徑和Aux途徑的研究表明，GA合成基因與GA受體GID1L2在根結(jié)中被強烈上調(diào)；而與根部形成、發(fā)育、側(cè)根形成有關(guān)的Aux途徑在2種線蟲與水稻互作中相關(guān)基因的表達被持續(xù)抑制，如[WTBX][STBX]OsGH31[WTBZ][STBZ]基因的表達下調(diào)后，會導(dǎo)致植物體內(nèi)的生長素積累，以致水稻根部細胞分裂擴展和細胞壁松弛。并且水稻中唯一被報道過與IAA合成有關(guān)的基因[WTBX][STBX]OsYUCCA1[WTBZ][STBZ]在受線蟲侵染后3 d強烈上調(diào)，而在7 d后略微上調(diào)[32]，均表明該植物激素可能在水稻與水稻內(nèi)寄生線蟲互作中發(fā)揮重要作用，但對其作用機制仍須進一步探討。

5展望

水稻內(nèi)寄生線蟲病作為水稻重要病害之一，對世界糧食產(chǎn)量造成嚴(yán)重損害。在國外對它的防治已經(jīng)引起重視，在國內(nèi)對部分相關(guān)病害已高度重視，如水稻根結(jié)線蟲病、水稻干尖線蟲病，但對水稻潛根線蟲和孢囊線蟲病重視尚不足。了解該類病害與水稻互作不僅可為防治水稻線蟲病提供理論依據(jù)，還可為植物其他病害防治提供新思路。

水稻與水稻內(nèi)寄生線蟲長期互作促進二者共同進化，一方面水稻演化出新的抗植物寄生線蟲策略，另一方面其病原線蟲為適應(yīng)新生存環(huán)境演化出相應(yīng)的侵染及寄生方式，為循環(huán)上升的“運動”。影響這場“斗爭”勝負的因素過多，如水稻內(nèi)寄生線蟲的侵染能力、水稻抗性、水稻根部分泌物及根際微生物等。對這場“斗爭”細節(jié)的了解將是培育抗植物寄生線蟲水稻品種和防治水稻線蟲病的關(guān)鍵。目前，JA、SA、ABA等信號途徑雖已在水稻抗內(nèi)寄生線蟲方面研究較為深入[32，58，64，66，72]，但對植物其他激素途徑知之甚少，對各類激素途徑之間的交互作用仍須深入探究。其次是近10年對該類水稻病害的危害缺乏科學(xué)評估，抗植物寄生線蟲品系與綠色環(huán)保的植物源殺線蟲劑的研究開發(fā)等問題仍亟待解決。植物內(nèi)生菌及根際微生物作為重要生防資源在作物其他微生物病害及植物寄生線蟲病害防治研究工作上已經(jīng)開展[75-76]，而在防治植物潛根線蟲病中的研究仍存在真空。不過值得一提的是雖然該類水稻病害傳統(tǒng)防治方法的優(yōu)化推廣以及防治新策略的提出急需解決，但目前對植物內(nèi)寄生線蟲防治的研究已經(jīng)不單是通過傳統(tǒng)方法，分子生物學(xué)技術(shù)已應(yīng)用在該領(lǐng)域[77-79]

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