水稻钾离子转运蛋白OsHAK17被根结线虫效应蛋白MgCOL靶向调控的分子机制及其在寄生中的作用

这篇研究揭示了根结线虫（Meloidogyne graminicola）通过分泌效应蛋白MgCOL靶向水稻钾离子转运蛋白OsHAK17，干扰宿主钾（K+）吸收与转运，从而削弱水稻免疫并促进线虫寄生的分子机制。通过遗传学、蛋白互作和离子组学分析，证实OsHAK17正调控水稻抗性，而MgCOL通过结合OsHAK17降低根部K+积累，为植物-线虫互作中营养免疫（nutritional immunity）调控提供了新见解。

　　

1 引言

根结线虫（Meloidogyne spp.）是危害水稻生产的重要病原，其中Meloidogyne graminicola（Mg）通过诱导根部瘿瘤和代谢重编程导致严重减产。钾（K⁺）作为植物免疫关键元素，其调控机制尚不明确。前期研究发现，K⁺处理可增强水稻对Mg的抗性，而高亲和性K⁺转运蛋白OsHAK17在Mg侵染的巨型细胞中显著上调，提示其可能参与宿主防御。

2 结果

2.1 OsHAK17的表达受Mg侵染和K⁺缺乏诱导

在低K⁺条件下，Mg侵染显著诱导OsHAK17在1、8、14天（dpi）的表达；而K⁺供应时，OsHAK17在8-14 dpi被激活。有趣的是，K⁺缺乏初期（3天）反而抑制OsHAK17表达，表明其响应具有阶段性。

2.2 OsHAK17正调控水稻抗性

基因编辑（CRISPR）敲除OsHAK17导致水稻对Mg敏感性增加，瘿瘤和线虫数量显著上升；而过表达株系则表现增强抗性，病原相关基因OsPR1a/b表达同步变化，证实OsHAK17是水稻免疫的正调控因子。

2.3 OsHAK17与线虫效应蛋白MgCOL互作

酵母双杂交（Y2H）筛选发现OsHAK17与Mg分泌的胶原蛋白MgCOL结合，该互作通过GST pull-down、双分子荧光互补（BiFC）和荧光素酶互补（LCI）进一步验证。MgCOL定位于细胞膜，与OsHAK17共定位，暗示其可能干扰K⁺转运功能。

2.4 MgCOL的效应子特性

原位杂交显示MgCOL mRNA富集于线虫亚腹食道腺，免疫定位证实其通过口针分泌至宿主巨型细胞。宿主诱导基因沉默（HIGS）降低MgCOL表达后，线虫侵染能力减弱；而过表达MgCOL则增强水稻感病性。

2.5 MgCOL通过OsHAK17调控K⁺稳态

MgCOL过表达株系与Mg侵染水稻均呈现根部K⁺积累减少、地上部K⁺增加的相似模式，表明MgCOL通过靶向OsHAK17重编程宿主K⁺分配，创造利于寄生的低K⁺微环境。

3 讨论

本研究首次揭示植物病原线虫通过效应蛋白直接劫持宿主K⁺转运系统的策略。OsHAK17作为抗性枢纽，其功能被MgCOL破坏后导致根部K⁺匮乏，可能影响防御信号（如ROS爆发）或细胞渗透平衡。这一发现为理解植物-线虫互作的营养竞争提供了新视角，也为基于K⁺管理的病害防控策略奠定理论基础。

4 实验方法

研究结合分子生物学（转基因水稻构建）、细胞生物学（亚定位、互作验证）和生理学（K⁺含量MP-AES测定）技术，通过严谨的统计学分析（Student's t检验、ANOVA）验证假设。线虫培养、原位杂交和免疫定位等经典病理学方法为结论提供多维证据链。