蔬菜花卉所揭示刺角瓜根系挥发物对线虫寄生行为的负调控机制

      近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所植保研究室病害课题组首次鉴定刺角瓜根系挥发物，并研究部分根系挥发性物质对线虫的生物学活性。在受刺角瓜天然根系挥发物的影响下，研究人员观察黄瓜对南方根结线虫侵染的反应，发现刺角瓜根系挥发物具有潜在的防控根结线虫的应用价值，为创新绿色防控技术提供了天然先导化合物结构依据。相关研究成果以“Negative regulation of root-knot nematode parasitic behavior by the root -derived volatiles of the wild relatives Cucumis species Cucumis metuliferus CM3”为题，在TOP期刊Horticulture Research 在线发表。

      据研究人员介绍，南方根结线虫（Meloidogyne incognita）是危害黄瓜等葫芦科作物的主要寄生线虫之一。随着全球气候变暖及设施栽培面积的增加，其危害的面积也在不断扩大。南方根结线虫会导致瓜类减产20%，甚至绝收。但在栽培黄瓜中并没有鉴定出抗南方根结线虫的材料，这就给相应的抗性育种工作带来了巨大困难。刺角瓜（Cucumis metuliferus）是重要的黄瓜野生抗性资源。目前，针对刺角瓜抗南方根结线虫的机制研究很少，不利于该抗性资源的利用。

      该研究利用刺角瓜抗性材料CM3为材料，黄瓜（新泰密刺，XTMC）为对照，鉴定两者的根系挥发性物质。比较之后，确定刺角瓜CM3根系中含有18中特有挥发性物质。研究人员进一步对部分特有物质进行趋化性及杀线虫活性的检测（结果如图1所示）。（甲氧基甲基）苯对南方根结线虫有明显的趋避作用、但并不具备杀线虫活性。甲酚和顺-2-戊烯-1-醇随着浓度的提高，杀线虫能力增强。该研究还利用自行设计的双层栽培试验装置，检测了刺角瓜天然根系挥发物的作用。与对照相比，受到刺角瓜根系挥发性物质影响的黄瓜对线虫的抗性增强（图2）。这部分结果为利用刺角瓜根系挥发物绿色防控根结线虫打下基础。

图1. 刺角瓜根系挥发性化合物鉴定及部分物质生物学活性的检测。

a 刺角瓜（CM3） 根系挥发性物质气相色谱图。 1-18代表仅刺角瓜根中鉴定出的化合物。橙色标注的三种物质用于后续的试验b 南方根结线虫对不同浓度的（甲氧基甲基）苯、甲酚和顺-2-戊烯-1-醇的趋化性测定。 C 不同浓度的 (甲氧基甲基)-苯、甲酚和顺-2-戊烯-1-醇的杀线虫活性检测。

图2 刺角瓜天然根系挥发物对黄瓜受到南方根结线虫侵染时的影响

a双层盆栽装置示意图； b 接种后 20 天后，处理组和对照组上层营养钵中黄瓜幼苗根系的根结数和根系鲜重的统计； c 接种后 20 天后，处理组和对照组上层营养钵中黄瓜幼苗根系发病状态。

      该研究获得了国家自然科学基金资助(NO. 31571996)、国家重点研发项目(2017YFD020060, 2018YFD0201204)、中国农科院知识创新工程项目（CAAS-ASTIP-2017-IVF)、现代农业产业技术体系（CARS-23)、海南崖州湾种子实验室揭榜挂帅项目等资助。中国农业科学院蔬菜花卉研究所博士生谢笑笑与凌键副研究员为共同第一作者，谢丙炎研究员和顾兴芳研究员为共同通讯作者。茆振川研究员，李彦研究员，赵建龙助理研究员，杨宇红研究员，湖南农业大学李炎林副教授与刘明月教授参与了部分工作。

论文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhac051

（宣传信息员：赵建龙）