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崔江宽副教授团队在国际著名期刊《Plant, Cell & Environment》发表研究论文。Heterodera filipjevi Effector Hf70514 Targets TaCYPA-1 Protein to Suppress Immunity and Enhance Susceptibility in Wheat。本研究根据前期建立的菲利普孢囊线虫（Heterodera filipjevi）全生活史转录组测序文库，筛选到7个新型效应蛋白，并系统揭示了效应蛋白Hf70514通过与小麦亲环蛋白TaCYPA-1直接互作、抑制宿主防御反应、促进线虫侵染的分子机制。研究成果填补了菲利普孢囊线虫效应子系统性研究的空白，为抗病小麦育种及RNAi生物防控提供了新的分子靶点。
黄淮海地区作为我国最重要的小麦主产区，其产量稳定与否直接关系到国家粮食安全。然而，近年来频发的极端天气与日益严峻的病虫害，给小麦生产带来了巨大挑战。菲利普孢囊线虫是极具破坏性的世界性病原线虫，严重威胁我国黄淮麦区的粮食安全生产。自2010年首次在我国河南省发现并报道H. filipjevi以来，河北、山东、山西、陕西、安徽、新疆等8个省份均有其发生危害的报道。河南省菲利普孢囊线虫具有独特的冬前侵染和多种小麦线虫复合侵染的现象，危害更加严重。在生产实践中，菲利普孢囊线虫病作为一种土传病害，有着隐蔽性强、侵染周期长、防治难度大等特点，因此该线虫效应蛋白的系统性鉴定与功能研究几乎处于空白。
为解析菲利普孢囊线虫与小麦攻防博弈背后的分子机理，前期完成了菲利普孢囊线虫生长发育的6个关键龄期进行转录组测序，建立本地数据库。通过多数据库完成基因功能注释，筛选出1024个差异表达基因，并完成了GO、KEGG通路富集解析。随后按照信号肽和跨膜结构域的有无以及是否在寄生期高量表达等筛选条件，从转录组数据中初筛出19个候选效应蛋白，最终成功克隆得到7个效应子。qPCR验证表明，这7个效应子均在线虫不同发育时期显著上调；原位杂交证实，上述效应子分别定位于线虫背食道腺或亚腹食道腺中。体内和体外RNAi证实，7个效应子均作用于菲利普孢囊线虫在小麦的寄生阶段，其中Hf70514和Hf107644通过抑制宿主ROS的爆发，以促进线虫对小麦的侵染。
为解析菲利普孢囊线虫与小麦攻防博弈背后的分子机理，前期完成了菲利普孢囊线虫生长发育的6个关键龄期进行转录组测序，建立本地数据库。通过多数据库完成基因功能注释，筛选出1024个差异表达基因，并完成了GO、KEGG通路富集解析。随后按照信号肽和跨膜结构域的有无以及是否在寄生期高量表达等筛选条件，从转录组数据中初筛出19个候选效应蛋白，最终成功克隆得到7个效应子。qPCR验证表明，这7个效应子均在线虫不同发育时期显著上调；原位杂交证实，上述效应子分别定位于线虫背食道腺或亚腹食道腺中。体内和体外RNAi证实，7个效应子均作用于菲利普孢囊线虫在小麦的寄生阶段，其中Hf70514和Hf107644通过抑制宿主ROS的爆发，以促进线虫对小麦的侵染。
图1 Heterodera filipjevi转录组测序和分析
为深入探究Hf70514在宿主植株中发挥的功能，采用酵母双杂系统交筛选获得Hf70514的候选互作靶蛋白TaCYPA-1。通过酵母双杂交（Y2H）、荧光素酶互补（LCI）与免疫共沉淀（Co-IP）多重实验共同验证Hf70514与TaCYPA-1存在相互作用。qPCR结果显示TaCYPA-1在线虫侵染12 h时显著上调表达，24 h时表达量达到峰值，表明其可能在线虫寄生过程中发挥重要功能。随后通过借助大麦条纹花叶病毒（BSMV）介导的基因沉默体系抑制小麦TaCYPA-1转录表达后，接种7 dpi时发现小麦根中二龄幼虫数显著低于对照，40 dpi时小麦根部的白雌虫数与对照相比增加40.3%，小麦对菲利普孢囊线虫的感病性大幅提升。进一步的检测发现，TaPR1、TaLOX、TaWRKY2系列防卫标志基因转录丰度显著下调，表明TaCYPA-1为小麦抵抗该线虫侵染的正向免疫调控蛋白。
图2 Hf70514靶向TaCYPA-1抑制宿主免疫反应以促进线虫寄生
基于以上研究结果，我们提出一个工作模型：菲利普孢囊线虫侵染期间，将会分泌大量效应蛋白，部分效应蛋白抑制PTI相关的ROS产生，同时和宿主植株的蛋白相互作用促进线虫寄生。进一步分析发现，Hf70514一方面可以抑制宿主ROS的产生，另一方面与免疫正调节蛋白TaCYPA-1互作以促进线虫的寄生。该研究通过转录组筛选、功能验证到靶标鉴定的系统研究路径，逐步揭开了菲利普孢囊线虫如何利用效应子操控寄主免疫网络以实现成功寄生的“分子面纱”，为深入理解孢囊线虫—寄主互作的分子基础提供了全新视角，同时也为抗病小麦种质资源创制及基于RNAi技术的绿色生物防控产品开发奠定了重要基础。
图3 Heterodera filipjevi Hf70514 与小麦 TaCYPA-1蛋白互作的模型
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为该论文第一完成单位，崔江宽副教授为该论文通讯作者。已毕业研究生任豪豪（现为华中农业大学在读博士）为该论文第一作者，研究生许相奎（现为华中农业大学在读博士）和刘晓凯为该论文共同第一作者。孟颢光副教授、周扬博士和中国农业科学院植物保护研究所彭焕研究员参与了该项研究工作，团队负责人陈锋教授在研究中给予了重要实验指导。本研究获得了国家自然科学基金（31801717）、河南省自然科学基金（252300423050）、河南省博士后科研基金（202003065）以及小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室开放基金（SKL2025KF06）等项目资助。
