一项新研究为应对大豆囊虫提供了新的途径，这种虫害是美国大豆作物最具破坏性的害虫。
根据一位艾奥瓦州立大学教授参与的研究，针对囊虫用来感染植物根系的新发现的脆弱性，可能成为减少寄生虫在大豆等作物中造成的损害的一种强有力的方法。
研究人员发现了囊虫中一种单一蛋白质，它触发了数十种称为效应子的化学信号，这些微小的圆虫在根内释放这些信号以劫持植物细胞并为自己创造生存空间，艾奥瓦州立大学植物病理学、昆虫学和微生物学的杰出教授托马斯·鲍姆（Thomas Baum）表示。
尽管这种蛋白质是一种转录因子，可以绑定基因，将其打开或关闭，但研究人员发现没有它，囊虫的感染会显著减少，这项研究最近发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。这可能为减少大豆囊虫的破坏性带来重大进展，该虫去年使美国农民损失近9000万蒲式耳的产量——是该作物最具破坏性的害虫。
“现在我们有了一个经过验证的目标，一个涉及单一转录因子的具体分子事件。这是一个概念验证，打开了对各种新思路思考囊虫管理的可能性，”鲍姆说，他是该研究的合著者。
化学对话
多年来，像鲍姆这样的线虫学家一直在研究效应子，希望通过针对它们来减少囊虫感染，而囊虫也在其他作物中广泛存在，例如甜菜和土豆。鲍姆表示，这些努力有点像打地鼠游戏。线虫会产生数百种不同的效应子，提供冗余和快速适应的能力。
“你去掉一个效应子，线虫就笑着说：‘我还有10个’，”他说。
然而，效应子是线虫入侵植物根系的关键分子机制。这些虫子是复杂的病原体，孵化后在土壤中挖掘进入根部。一旦进入，它们会寻找一个单独的细胞来占据。当它们找到目标时，它们开始的不是真正的进食，而是沟通。
“它们用的是化学信息，而不是语言，”鲍姆说。“效应子向植物细胞传递信息，细胞发生变化，转变为通常不在大豆根中发现的细胞类型。随后所有相邻的细胞也发生变化，它们融合在一起形成一个巨大的新器官，唯一的功能就是喂养线虫。”
寻找SUGR-1
由于针对单个效应子的单独努力效果不大，研究人员不得不深入挖掘。囊虫在其食道腺中产生效应子。在之前的研究中，鲍姆的实验室对大豆囊虫的整个基因组和其腺细胞的转录组进行了测序，这些转录组记录了RNA的表达随时间的变化。通过比较这两组数据，研究人员可以确定负责线虫效应子及其生产的基因。
鲍姆为英国剑桥大学的一位密切合作伙伴生成了同样的数据，该研究者研究的甜菜囊虫与大豆囊虫几乎相同。由塞巴斯蒂安·埃夫斯-范登·阿克（Sebastian Eves-van den Akker）主导的合作研究小组利用基因网络分析方法，基于数据识别了在线虫腺中产生效应子时活跃的转录因子。他们的分析显示这个被他们称为“肋下腺调节因子”（Subventral-Gland Regulator, SUGR-1）的转录因子激活了58个效应子基因。
但是什么激活了SUGR-1？根据埃夫斯-范登·阿克小组的实验，这与研究人员所称的从根部发出的信号有关，这些信号被称为效应刺激素（effectostimulins）。这解释了为什么当剑桥研究小组将SUGR-1暴露于已知的线虫宿主植物提取物时会激活SUGR-1。
“我对这篇论文最兴奋的事情是，它描绘了一个自我强化的循环，推动线虫感染植物，”埃夫斯-范登·阿克说。“它们打破植物细胞，感知释放的一些信号，并以一种增加它们打破宿主细胞能力的方式作出反应。”
它可能如何在田间工作
目前，作物轮作和育种产生某些线虫抗性品种是管理大豆囊虫的主要控制措施。鲍姆表示，对线虫如何诱使植物成为愿意宿主的理解不断加深，最终应该拓展这一工具箱。
育种公司可以开发基因工程大豆品种，生产RNA，这种RNA被线虫摄入后，能够防止SUGR-1激活。通过化学处理、基因编辑或育种来阻断效应刺激素是另一种选择。这些方法不需要全面实施，因为仅仅减少致病性将会产生显著的影响。
“对于线虫来说，你不一定需要杀死每一条虫。如果我减少40%的感染，那是个大事。这会对作物损害产生实质性影响，”鲍姆说。
这些发现也对兽医学和人类医疗具有潜在意义，因为不同类型的线虫是动物中的破坏性寄生虫。
‘只是个开始’
鲍姆和埃夫斯-范登·阿克计划继续合作进行囊虫研究，因为多年来这一直是一个富有成效的合作关系，鲍姆说。
“如果你要描绘出你希望如何与科学合作者互动的方式，那就像这样。你们互相促进，自由分享，以做出帮助两个阵营的进展，”他说。
鲍姆表示，他预计未来的研究将揭示更多关于效应子生产的遗传和分子机制，这应该提供其他方法来干扰囊虫与其植物宿主之间日益重要的信号传递。
“SUGR-1只是第一个跳出来的。我们知道还有其他。这仅仅是个开始。还会有许多目标，”他说。
