松材線蟲(PWN,Bursaphelenchusxylophilus)是引起松樹枯萎病的主要致病因子，原產自北美，后入侵至亞洲和歐洲，給入侵地森林生態系統造成毀滅性破壞。松材線蟲的自然傳播必須依賴媒介昆蟲的攜帶，媒介天牛對線蟲的承載量決定了其傳播效率。氣管是媒介天牛攜帶線蟲的主要部位，每只媒介天牛氣管中平均攜帶1.5萬頭，最高可達28萬頭松材線蟲。但天牛的氣管系統如何耐受大量的線蟲仍然是一個懸而未決的問題。

近日，河北大學聯合中國科學院動物研究所團隊，揭示了松墨天牛大量攜帶松材線蟲的內在機制。本研究發現，松墨天牛氣管管腔內的氧氣含量隨著線蟲數量的增加而降低，當線蟲數量超過1萬頭時，可造成顯著的低氧脅迫。同時，攜帶超過1萬頭松材線蟲或低氧處理天牛均可引起天牛氣管管壁彈性增強和胞外基質增厚。轉錄組和基因結構分析發現，一種胞外基質蛋白Muc91C在攜帶線蟲的天牛氣管中上調表達至少7倍，該蛋白有著富含甘氨酸和脯氨酸的串聯重復序列，與果蠅，岡比亞按蚊中的彈性蛋白有著高度的相似性。通過組織免疫熒光發現，Muc91C定位于幾丁質螺旋絲層和氣管細胞層之間。進一步的RNA干擾實驗顯示，當Muc91C下調后，天牛攜帶松材線蟲的能力下降，說明Muc91C是介導低氧誘導松墨天牛氣管彈性增強的主要調控因子。氣管彈力的增加為松材線蟲提供更多的空間，同時增強通氣量，提高了天牛對低氧的適應，保證了松墨天牛對松材線蟲的攜帶能力從而促進松材線蟲的傳播。該研究闡明了松材線蟲利用低氧信號誘導松墨天牛氣管機械力的變化來塑造媒介昆蟲承載力的新機制，并確定了一種新的與管狀器官機械力有關的胞外基質蛋白分子，為靶向控制病原物的傳播提供了新思路。

松材線蟲利用低氧信號而被大量攜帶的反饋調節機制模式圖

論文于2023年3月30日在線發表在eLife雜志，中科院動物所博士生唐暄，助理研究員周嬌和河北大學博士后Tuuli-Marjaana Koski為論文共同第一作者，河北大學孫江華教授為通訊作者，中科院動物所趙莉藺研究員為共同通訊作者。論文得到了國家自然基金委基礎科學中心項目，國家重點研發計劃，國家自然基金委面上項目等項目資助。

論文信息：

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

原文鏈接：

https://elifesciences.org/articles/84621

（生命科學學院、科學技術處供稿）