植物に寄生する線虫は、宿主に特異的な遺伝子発現パターンを持つ根の滲出液シグナルに反応する

Plant-parasitic nematodes respond to root exudate signals with host-specific gene expression patterns.

• Christopher A Bell
• Catherine J Lilley
• James McCarthy
• Howard J Atkinson
• P E Urwin

抄録

植物に寄生する線虫は、生き延びるためには宿主の位置を特定し、宿主からの餌を得ることができなければならない。ここでは、Pratylenchus coffeaeが根の滲出液中の基質の量に応じて選択された細胞壁分解酵素遺伝子の発現を調節することで、宿主の根への侵入に合わせて遺伝子発現を調節していることを示している。滲出液中のセルロースまたはキシランの濃度は、β-1,4-エンドグルカナーゼ（Pc-eng-1）およびβ-1,4-エンドオキシラナーゼ（Pc-xyl）の発現レベルをそれぞれ決定した。P. coffeae をセルロースやキシランで処理した場合、またはセルロースやキシランが欠損した根の滲出液で処理した場合、それぞれ Pc-eng-1 または Pc-xyl の特異的な遺伝子発現応答が得られたが、別の細胞壁分解酵素遺伝子であるペクテートリアーゼ (Pc-pel) の発現には影響を与えなかった。RNA 干渉により，これらの遺伝子を制御することの重要性が確認された。この植物寄生性線虫の遺伝子発現は、植物から分泌されるか、根組織の分解によって放出される細胞壁成分によって、宿主特異的な方法で影響を受けていることがわかった。転写可塑性は、この多食性種が宿主を認識し、根への侵入を増加させるための適応として進化した可能性がある。

Plant parasitic nematodes must be able to locate and feed from their host in order to survive. Here we show that Pratylenchus coffeae regulates the expression of selected cell-wall degrading enzyme genes relative to the abundance of substrate in root exudates, thereby tailoring gene expression for root entry of the immediate host. The concentration of cellulose or xylan within the exudate determined the level of β-1,4-endoglucanase (Pc-eng-1) and β-1,4-endoxylanase (Pc-xyl) upregulation respectively. Treatment of P. coffeae with cellulose or xylan or with root exudates deficient in cellulose or xylan conferred a specific gene expression response of Pc-eng-1 or Pc-xyl respectively with no effect on expression of another cell wall degrading enzyme gene, a pectate lyase (Pc-pel). RNA interference confirmed the importance of regulating these genes as lowered transcript levels reduced root penetration by the nematode. Gene expression in this plant parasitic nematode is therefore influenced, in a host-specific manner, by cell wall components that are either secreted by the plant or released by degradation of root tissue. Transcriptional plasticity may have evolved as an adaptation for host recognition and increased root invasion by this polyphagous species.