松材线虫(PWN,Bursaphelenchusxylophilus)是引起松树枯萎病的主要致病因子，原产自北美，后入侵至亚洲和欧洲，给入侵地森林生态系统造成毁灭性破坏。松材线虫的自然传播必须依赖媒介昆虫的携带，媒介天牛对线虫的承载量决定了其传播效率。气管是媒介天牛携带线虫的主要部位，每只媒介天牛气管中平均携带1.5万头，最高可达28万头松材线虫。但天牛的气管系统如何耐受大量的线虫仍然是一个悬而未决的问题。
近日，河北大学联合中国科学院动物研究所团队，揭示了松墨天牛大量携带松材线虫的内在机制。本研究发现，松墨天牛气管管腔内的氧气含量随着线虫数量的增加而降低，当线虫数量超过1万头时，可造成显著的低氧胁迫。同时，携带超过1万头松材线虫或低氧处理天牛均可引起天牛气管管壁弹性增强和胞外基质增厚。转录组和基因结构分析发现，一种胞外基质蛋白Muc91C在携带线虫的天牛气管中上调表达至少7倍，该蛋白有着富含甘氨酸和脯氨酸的串联重复序列，与果蝇，冈比亚按蚊中的弹性蛋白有着高度的相似性。通过组织免疫荧光发现，Muc91C定位于几丁质螺旋丝层和气管细胞层之间。进一步的RNA干扰实验显示，当Muc91C下调后，天牛携带松材线虫的能力下降，说明Muc91C是介导低氧诱导松墨天牛气管弹性增强的主要调控因子。气管弹力的增加为松材线虫提供更多的空间，同时增强通气量，提高了天牛对低氧的适应，保证了松墨天牛对松材线虫的携带能力从而促进松材线虫的传播。该研究阐明了松材线虫利用低氧信号诱导松墨天牛气管机械力的变化来塑造媒介昆虫承载力的新机制，并确定了一种新的与管状器官机械力有关的胞外基质蛋白分子，为靶向控制病原物的传播提供了新思路。
松材线虫利用低氧信号而被大量携带的反馈调节机制模式图
论文于2023年3月30日在线发表在eLife杂志，中科院动物所博士生唐暄，助理研究员周娇和河北大学博士后Tuuli-Marjaana Koski为论文共同第一作者，河北大学孙江华教授为通讯作者，中科院动物所赵莉蔺研究员为共同通讯作者。论文得到了国家自然基金委基础科学中心项目，国家重点研发计划，国家自然基金委面上项目等项目资助。
论文信息：
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
原文链接：
https://elifesciences.org/articles/84621
（生命科学学院、科学技术处供稿）
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