戊糖磷酸途径(Pentose phosphatepathway, PPP)是植物体中葡萄糖代谢的重要途径，可以产生大量的供还原性物质合成之用的还原剂NADPH，其中间产物亦可作为底物原料参与核酸、氨基酸、脂肪酸等的生物合成。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）是PPP途径的关键性调控酶，催化第一步不可逆的葡萄糖-6-磷酸氧化反应并严格控制着PPP途径的代谢速率。已有的研究表明，在植物寄生线虫的取食点细胞中发现葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸、甘油酸-3-磷酸等中间物含量显著上升，恰恰这些物质是糖酵解途径和PPP途径共有的中间代谢物，暗示了PPP途径可能在植物寄生线虫与寄主互作中具有重要作用。为了验证这一假设，农田有害生物控制课题组利用模式植物拟南芥突变体、结合生理生化及细胞生物学等手段深入研究PPP途径的关键酶G6PDH在根结线虫与寄主植物互作中的生物学功能及其调控机制。研究表明，根结线虫侵染导致寄主根内G6PDH酶活性显著升高（图1）；Western Blotting及基因表达分析显示胞质亚型G6PDH可能主要贡献了总酶活性提高。和野生型相比，两种胞质亚型的功能缺失突变体g6pd5/6根内G6PDH酶活性显著降低，然而对根结线虫的敏感性却显著增加（图2）。进一步研究发现，线虫侵染后突变体根内的ROS水平、基础防御相关基因PRs及WRKYs的表达量明显低于野生型。该研究证实了依赖G6PDH的PPP途径通过激活ROS信号参与调节了植物对根结线虫的防御反应（图3），有助于我们从生理代谢水平更好地认识寄主与线虫的互作机制，为选育抗植物寄生线虫作物品种提供理论依据。
相关研究结果已在国际期刊Annals of Botany上发表，胡岩峰助理研究员为本论文第一作者，王从丽研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（31471749, 31601617）及黑龙江省自然科学基金（QC2015036）的资助。
Yanfeng Hu, Jia You, Jisheng Li, Congli Wang. Loss of cytosolic glucose-6-phosphate dehydrogenase increases the susceptibility of Arabidopsis thaliana to root-knot nematode infection. Annals of Botany 2018 doi: 10.1093/aob/mcy124.
图1 线虫侵染导致G6PDH酶活及蛋白含量升高
图2 胞质亚型G6PDH突变体增加了对线虫的敏感性
图3 G6PDH通过ROS信号参与调控植物对根结线虫的防御反应
