两种自由基介导的松树与松材线虫互作应答信号通路及其与病变关系

松材线虫的致病机理目前尚不清楚，给松材线虫病的防治带来了极大困难，成为世界性难题。一些研究者对该病寄主受侵后的生理生化响应等进行了相关研究，但对在病理过程中各因素间的连接纽带及因果关系等未有深入研究。近年自由基被证实是启动植物抗感病反应的关键信号物质，已成为病害发生机制研究的热点。本项目从松树与松材线虫互作应答过程中自由基信号传导入手，研究不同抗性松树对松材线虫的抗感差异及其在病程中松树发生细胞程序性死亡（PCD）及木质部水分输导受阻等典型病变特征与氮、氧自由基动态变化的关系，并通过外源自由基介导探讨自由基对松树的抗性诱导反应，同时对病程中生成自由基的关键物质及其相关特性进行研究，以期建立松树与松材线虫互作过程的抗感病通路,探明通路中关键联结纽带的信号物质-自由基在抗感病过程中的代谢变化及其调控作用。本项目对深入分析松材线虫病的致病机理，有效防控松材线虫病具有十分重要的科学意义和理论价值。

松材线虫病对我国森林资源和生态环境造成严重的威胁与损失，该病的致病机理目前尚不清楚。近年自由基被证实是启动植物抗感病反应的关键信号物质，已成为病害发生机制研究的热点。然而对松树与松材线虫互作中氮氧自由基的功能研究鲜见。本项目从寄主与病原物互作早期氮氧自由基信号传导入手，探讨了超氧自由基与线虫不同毒力类型以及不同互作体系的相关性，发现供试线虫的毒力类型与其虫体超氧自由基含量呈一定负相关关系，即无毒拟松材线虫>弱毒松材线虫>强毒松材线虫。黑松受不同毒力供试线虫侵染后体内超氧自由基（O2—•）和超氧化物岐化酶（SOD）活性变化差异显著，在拟松材线虫与寄主互作的不亲和反应中，O2—•含量和各类SOD活性变化都较松材线虫-黑松互作的亲和反应强烈。对感病松树茎干进行联苯胺（DAB）染色法观察发现，H2O2在线虫与松树的不亲和互作体系中的累积要早于亲和的互作体系。研究了不同抗性松树对松材线虫的抗感差异及其在病程中发生典型病变特征与自由基动态变化的关系，发现抗性松树体内一氧化氮（NO）和活性氧（ROS）在接种早期应答反应较感病松树快，后期累积量低，且组织病变较感病松树轻，病程发展慢，表明不同抗性松树感染松材线虫后自由基变化与松树的组织病变密切相关。首次采用外源氮氧自由基探讨了其在松树对松材线虫入侵应答反应中的作用，发现NO作为H2O2的上游信号分子，通过调控抗氧化保护酶系统及苯丙烷代谢途径介导了松树对松材线虫入侵的应答反应，并影响了病程的发展。同时对病程中生成自由基的关键物质及其相关特性进行研究，表明在黑松与松材线虫互作体系中，NO合成酶（NOS）是黑松与松材线虫互作体系中NO合成的重要酶，进一步对NOS类型（结构型和诱导型）分析发现，结构型NOS（cNOS）是黑松体内NO积累的关键酶；感病松树体内黄嘌呤氧化酶（XO）和还原型辅酶Ⅱ（NADPH）氧化酶是H2O2产生的重要酶。本研究揭示了松树对松材线虫入侵应答反应中关键信号物质自由基在抗感病过程中的代谢变化及其调控作用，这对深入分析松材线虫病的致病机理，有效防控松材线虫病具有十分重要的科学意义和理论价值。