线虫Pristonchus pacificus模块化信息分子的生物合成需要羧酸酯酶的功能多样化

本研究揭示了昆虫寄生线虫Pristonchus pacificus通过羧酸酯酶家族（Ppa-UAR-5/6/12）的功能分化，构建复杂模块化信息分子（UBAS/DASC/NPAR）的分子机制。研究人员结合生物信息学、CRISPR基因编辑和化学分析技术，阐明了这些酶在组织特异性表达模式下，分别催化2'-位修饰（ubas#1-2）、4'-二聚化（dasc#1）和核苷酸修饰（npar#1-3）的关键作用，为理解线虫化学通讯系统的进化提供了新视角。

　　

在自然界中，线虫通过分泌复杂的信息分子来协调发育和行为，但这些"化学语言"的合成机制长期是个谜。以昆虫为宿主的Pristonchus pacificus线虫能产生三类独特的模块化信息素：带有尿苷酸修饰的UBAS、二聚体DASC和核苷酸修饰的NPAR。这些分子不仅能诱导休眠体（dauer）形成，还能调控其著名的"双型口器"发育—— stenostomatous（St）型用于滤食细菌，eurystomatous（Eu）型则装备锐利牙齿用于捕食其他线虫。然而，这些信息分子如何通过简单代谢单元（如ascr#9、ascr#12等）的模块化组装而来，一直是进化发育生物学领域的未解之谜。

北京师范大学珠海校区和马克斯·普朗克研究所的联合研究团队在《Communications Biology》发表重要成果。研究人员建立了一套创新研究流程：首先通过基因组比对鉴定出76个羧酸酯酶（carboxylesterase）候选基因，随后利用CRISPR/Cas9技术系统敲除其中20个与已知Ppa-uar-1同源的基因，最后通过液相色谱-高分辨质谱（LC-HR(ESI)-MS）分析突变体的代谢组变化。研究还构建了组织特异性报告基因品系，结合共聚焦显微镜观察基因表达模式。

研究团队取得三大关键发现：

1. 1.

   UBAS信息素的2'-位修饰机制：

   新发现的Ppa-UAR-5能将oscr#9（asc-wC5）或ascr#12（asc-C6）连接到中间体ubas#3的2'-位，完成ubas#1和ubas#2的合成。突变体实验显示，Ppa-uar-5敲除后ubas#3大量积累，而终产物几乎消失（p<0.0001）。

2. 2.

   DASC二聚体的特异性合成：

   Ppa-UAR-12专一性催化两个ascr#1（asc-C7）通过4'-酯键形成dasc#1。有趣的是，该酶对2'-连接的dasc#4无影响，显示严格的位点选择性。报告基因显示其在肠道和表皮细胞中特异性表达。

3. 3.

   NPAR信息素的核苷酸修饰：

   Ppa-UAR-6是合成paratosides（如part#9）和核苷酸修饰体npar#1-3的关键酶。研究首次证实这些分子源自ascr#9的C5侧链修饰，而非传统β-氧化途径。系统发育分析显示该酶仅在太平洋棘虫支系（pacificus-clade）中存在。

这项研究揭示了线虫通过羧酸酯酶家族的扩张与分化，实现代谢模块"拼装"的进化策略。三类UAR酶均具有典型的GXSXG催化基序和C端跨膜结构域，但各自发展出独特的底物特异性：Ppa-UAR-1专攻4'-位修饰，Ppa-UAR-5偏好2'-位连接，而Ppa-UAR-12则严格选择4'-二聚化。这种"一酶一位点"的精准调控机制，为理解化学多样性的产生提供了范例。

从应用角度看，该研究建立的"生物信息学预测-CRISPR筛选-代谢组验证"流程，可推广至其他 nematode 物种的化学生态学研究。发现的UAR酶家族可能成为调控线虫发育和行为的新靶点，对农业线虫防治具有潜在价值。此外，组织特异性表达模式（如肠道和表皮）暗示这些信息素的合成可能与宿主的微环境感知密切相关，为研究宿主-寄生虫互作开辟了新思路。

正如Sommer教授团队强调的，这项研究不仅填补了线虫信息素生物合成路径的空白，更展示了如何通过比较进化分析，从分子水平解析复杂性状的起源。随着更多Pristonchus物种基因组数据的释放，这套研究方法将助力揭示化学通讯系统的进化规律，为理解代谢网络的创新机制提供普适性框架。