鼻疽诺卡氏菌杀线虫的作用机制

As major components of the soil ecosystem, bacteria and nematodes interact with each other and have evolved mechanisms to counter balance each other. We have recently investigated the interaction between bacteria and nematodes. Our results have revealed that nematodes initiate innate immunity to resist infections of toxic bacteria, whereas non-toxic bacteria can mobilize nematophagous fungi to kill nematodes (PNAS 2014, Nat Commun 2014, PLoS Pathog 2015). Recently, when we investigated the effect of bacteria under the different ecological conditions on nematode growth and development, we isolated a strain of Nocardiafarcinica CD29. Further study indicated that Caenorhabditis elegans adults fed N. farcinica CD29 exhibited normal growth, egg-laying, and lifespan. However, egg hatching was inhibited. Furthermore, we found that the supernatants from N. farcinica CD29 in the presence of C. elegans also inhibited egg hatching. Thus, this is probably a novel strategy of bacteria against predation by nematodes. In the current study, we will isolate the compounds secreted by N. farcinica CD29 that inhibit egg hatching, identify the biosynthesis genes of these compounds, and investigate the mechanisms by which the compounds inhibit egg hatching. Our results will help us to develop a potential bio-control agent for nematodes.

在自然界中，细菌与线虫之间存在着广泛而复杂的相互制约关系，从而构成土壤生态系统的一部分。我们近年对细菌与线虫相互作用进行了研究，发现线虫可以启动天然免疫防御有毒细菌侵染，同时无毒细菌可以动员食线虫真菌来抵抗线虫捕食（PNAS 2014; Nat Commun 2014; PLoS Pathog 2015）。最近，在研究土壤细菌对线虫生长发育影响时，我们分离得到一株鼻疽诺卡氏菌CD29。进一步研究发现，秀丽隐杆线虫成虫以鼻疽诺卡氏菌为正常食物，完成正常产卵过程和具有正常的寿命，但是其产生的卵不能孵化。此外，在线虫存在下，鼻疽诺卡氏菌的上清液也可抑制线虫卵的孵化。因此，这可能是一种新的细菌对抗线虫捕食的方式。本项目中，我们将分离和鉴定鼻疽诺卡氏菌在线虫胁迫下产生的抑制线虫产卵的化合物，研究诺卡氏菌中控制这些化合物生物合成的基因，探讨化合物抑制线虫卵的机制。最终为开发一种潜在的线虫生防剂奠定基础

在自然环境中，细菌作为最大的功能种群之一，是几乎所有已知生态系统中的基础构件。细菌的生活史中充斥着来自生存环境中的各种压力，其中捕食是细菌面临的主要逆境。腐生线虫,（比如秀丽隐杆线虫）作为细菌最主要的捕食者之一，在与细菌的协同进化过程中促使细菌进化出了多种抵御捕食压力的机制，其中包括：感染机制、分泌毒素和蛋白酶。在本研究中，我们发现，喂食鼻疽诺卡氏菌不会影响线虫成虫阶段的寿命。进一步的研究发现，喂食鼻疽诺卡氏菌导致线虫p38 MAPK途径及其下游的转录因子SKN-1被激活，从而介导了对鼻疽诺卡氏菌的耐受。线虫在经典天然免疫通路p38 MAPK途径的保护下，可以将鼻疽诺卡氏菌作为食物终其一生。. 有趣的是，成虫在鼻疽诺卡氏菌上所产的线虫卵不能孵化。我们发现，鼻疽诺卡氏菌在成虫捕食胁迫下所分泌支链脂肪酸能够有效地抑制线虫卵的孵化。机制研究证明支链脂肪酸不仅下调线虫卵中线粒体未折叠蛋白途径（Unfolded Protein Response, UPR）下游的分子伴侣hsp-6和hsp-60的表达，导致线粒体损伤，而且还下调第二相解毒基因gst-4的表达以及抑制自噬流。ROS（Reactive Oxygen Species）水平在线粒体损伤和gst-4表达下调的作用下急剧升高，致使溶酶体扩大和功能损伤。抗氧剂维生素D3和α-生育酚在阻止ROS升高的同时,显著地恢复了在诱导产物作用下的溶酶体功能。相对应的，线虫卵的孵化率也得到了回升。以上结果证明，鼻疽诺卡氏菌在成虫捕食胁迫下所分泌的短支链脂肪酸具有能够抑制线粒体UPR，导致ROS水平升高，致使溶酶体功能受损，抑制线虫卵孵化的能力。.综上所述，鼻疽诺卡氏菌虽然不能直接抵御线虫的捕食，但以阻断线虫卵的孵化进程，从子一代断绝线虫的种群扩增，我们将这种抵御方式称为“断子绝孙”机制。因此，本研究揭示了一种存在于自然界中全新的土壤细菌抵御线虫捕食压力的机制。.