蚯蚓分泌物对土壤食细菌线虫取食偏好的影响及作用机制

Soil bacterial-feeding nematodes evolved like other terrestrial animals to exhibit dietary choice and show preference for certain bacterial species. Their feeding behavior and preference has pivotal implications for the ecological functions in the soil food web, such as regulates the population, activity and community structure of soil bacteria and further influence the transformation of soil carbon, nitrogen and phosphorus. Therefore, to study on the regulation factors and mechanisms of the nematode dietary choice is a key point to understand the structure of soil food web and the ecological functions of bacterial-feeding nematode. Our previous work found earthworm secretion would change the feeding preference of bacterial-feeding nematodes. Thus, the aim of this fund is to study the mechanism of nematode dietary choice regulated by earthworm secretion. We firstly identify the active component of earthworm secretion that regulates nematode feeding preference by ultrafiltration, ion exchange chromatography, Sephadex chromatography, ultra-performance liquid chromatography-mass spectrometry (UPLC-MS) and nuclear magnetic resonance (NMR). Secondly, we analyze the transcriptome results of nematode and the molecular signaling pathway that links to nematode feeding preference affected by the active component. Finally, we set up a pot experiment to verify the influence of active component of earthworm excretion on the soil nematode and microbial community structure and test the biological function of the active component in a real soil environment. The results of our project would be helpful to understand the ecological processes and mechanisms of biological interaction in the soil and enrich the theory of belowground ecology. This research can also provide a scientific foundation for the exploration, regulation and reasonable utilization of beneficial soil biological resources.

土壤食细菌线虫的取食行为及偏好性，可调控土壤中微生物的数量、活性和群落结构进而影响土壤C、N、P转化等一系列生态过程，在土壤食物网中具有重要的作用。深入研究食细菌线虫取食偏好的调控因子及作用机制是揭示土壤食物网结构及线虫生态功能作用机理的关键。项目在前期发现蚯蚓分泌物能影响食细菌线虫取食偏好的基础上，通过超滤、离子交换层析、葡聚糖凝胶层析、超高效液相色谱-质谱（UPLC-MS）及核磁共振（NMR）等手段分离纯化和鉴定具有调控线虫取食偏好的活性成分；通过活性物质对线虫转录组水平和线虫取食偏好的分子通路的影响分析，揭示活性物质调控线虫取食偏好的作用机制；并设置土培试验，验证活性物质对原位土壤中线虫和微生物群落结构的影响，进一步证实其在真实土壤环境中的生物功能。研究结果有助于揭示土壤生物相互作用的生态过程及调控机制，丰富“地下生态学”理论，并为有益土壤生物资源的发掘、调控和合理利用奠定科学基础。

土壤食细菌线虫的取食行为及偏好性，可调控土壤中微生物的数量、活性和群落结构进而影响土壤C、N、P转化等一系列生态过程，在土壤食物网中具有重要的作用。深入研究食细菌线虫取食偏好的调控因子及作用机制是揭示土壤食物网结构及线虫生态功能作用机理的关键。蚯蚓是土壤中的大型动物，不仅可直接影响土壤物理、化学和生物学性状，还可通过分泌物影响线虫的取食。项目探索了食细菌线虫对蚯蚓分泌粗提物的趋避性，以及蚯蚓分泌物对食细菌线虫生理生态的影响；并分离纯化和鉴定了具有调控线虫取食偏好的活性成分；通过活性物质对线虫转录组水平和线虫取食偏好的分子通路的影响分析，揭示活性物质调控线虫取食偏好的作用机制。结果发现C. elegans和土著食细菌线虫均对蚯蚓分泌物产生一定程度的趋避性；同时蚯蚓分泌物也影响线虫的繁殖、死亡率、运动性、取食偏好等生理生态指标。我们分离纯化了蚯蚓分泌物中影响线虫取食偏好的活性物质，并人工合成了其中有代表性的一个六环肽Cyclo（LLLIII），其中1 ppm浓度的环肽对线虫取食偏好的变化影响最大。研究还发现环肽在减少线虫的产卵量同时对线虫寿命没有影响。转录组测序结果表明：线虫的生长发育、长寿和繁殖相关通路发生了变化，大量的DNA修复相关通路也发生变化；线虫的inDel的reads数显著增加；而随后通过qPCR也验证了转录组的结果。这说明环肽损害了线虫DNA，导致线虫转移大量原本用于本身繁殖的能量用于DNA的修复和自身生长，同时作为生活对策的调整结果，线虫开始取食以前不喜欢的细菌，用以弥补自身繁殖能力的损失和延长其寿命，以便在降低繁殖和延长寿命之间寻找更好的平衡点。为了探索环肽对微生物是否具有直接的影响，设计了针对细菌的抑菌圈试验和针对真菌的触杀试验；结果显示环肽对细菌和真菌没有直接抑制作用。同时通过Biolog试验进一步发现环肽对微生物新陈代谢也没有影响，更进一步证明环肽对微生物没有直接作用，而是通过影响线虫的生理生态再影响到微生物的群落结构和特性。研究结果有助于揭示土壤生物相互作用的生态过程及调控机制，丰富“地下生态学”理论，并为有益土壤生物资源的发掘、调控和合理利用奠定科学基础。