北京大学/首都师范大学/中国农业科学院植物保护研究所合作发现植物寄生线虫调控大豆根生物钟与翻译的分子机制
2026年5月7日，北京大学王伟团队、首都师范大学周冕团队联合中国农业科学院植物保护研究所彭焕团队在Advanced Science在线发表了题为《Hijacking the host clock: A nematode effector antagonizes soybean circadian defense and translation control》的研究论文。该研究系统阐明了SCN效应蛋白作为转录调控因子干预大豆根生物钟、影响宿主翻译调控网络，进而促进线虫寄生的分子机制。研究发现，大豆对SCN的防御反应具有显著的生物节律特征（图1）。在此过程中，大豆生物钟核心组件GmCCA1发挥了关键的双重功能。一方面是节律维持与抗性激活，过表达GmCCA1虽会打破植物原有的生物钟节律，但能赋予宿主对SCN的持久抗性；另一方面是广泛防御网络的诱导，GmCCA1能够上调多种关键防御基因的表达，这些基因既涵盖了Rhg1基因座内的抗性基因，也包括广泛的抗病机制相关（PR）基因和其他抗性（R）基因。针对大豆的免疫防御，植物寄生线虫在长期演化中形成了相应的致病策略。该研究在SCN中鉴定出一个高度保守的效应蛋白——Hg4E02。分子层面的实验证实，Hg4E02扮演着重要的转录调控因子角色。它能够通过识别并结合特定的新型顺式作用元件（如启动子区域的GGAGAAG基序），直接靶向包括GmCCA1、J/GmELF3a和GmPRR5a在内的多个宿主生物钟核心基因，抑制其转录表达（图2）。图2Hg4E02特异性结合DNA基序与EMSA验证该研究进一步揭示了SCN与大豆在翻译调控上的深度拮抗机制。研究表明，大豆存在防御性的翻译抑制机制：GmCCA1在激活免疫反应的同时，会抑制核糖体相关基因（如GmRPLs）的表达，从而下调全局翻译水平并抑制根系生长。然而，效应子Hg4E02的干预对宿主翻译网络产生了相反的作用，它不仅拮抗了GmCCA1的调节作用，还显著上调翻译相关基因的表达，提升了宿主细胞的整体翻译效率，为线虫在根部的营养汲取提供了潜在的代谢支持（图3）。图3Hg4E02靶向调控大豆生物钟与翻译网络的分子机制模型本研究揭示了植物寄生线虫效应子直接靶向宿主生物钟及翻译机制的创新致病模型，这不仅为理解植物-专性病原体互作提供了新的理论视角，也表明GmCCA1是未来大豆抗SCN分子育种的潜力靶点。在未来的育种应用中，有望通过精确调控GmCCA1的表达（例如利用特异性诱导启动子或上游开放阅读框uORFs），在维持植物正常生长的同时，实现抗病性的显著提升。北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室、生命科学联合中心王伟研究员，首都师范大学生命科学学院周冕教授以及中国农业科学院植物保护研究所彭焕研究员为论文的共同通讯作者。北京大学生命科学学院博士王兴卫（现为福建农林大学副教授）、首都师范大学生命科学学院博士研究生徐羽丰、北京大学生命科学学院博士研究生胡艳妃、深圳大学生命与海洋科学学院教授曹丽军以及中国农业科学院植物保护研究所江如为本文共同第一作者。中国农业科学院植物保护研究所彭德良研究员、孔令安研究员、郭冁、赵薇、都文振，美国爱荷华州立大学Thomas Baum教授、Andrew Severin教授、Rick Masonbrink、Thomas Maier，北京大学生命科学学院学院陈长田博士、博士生屠昱晨、博士生师亚波、实验员石鹏，以及首都师范大学刘恩慧也为该研究做出了重要贡献。本研究得到了国家自然科学基金、基因功能研究与操控全国重点实验室、生命科学联合中心、首都师范大学、北京科技新星计划等项目的支持。
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