越來越多的證據(jù)表明，譜系特異性基因驅(qū)動(dòng)著表型多樣性。植物寄生線蟲（PPN）是最具破壞性的植物病原體之一，它們進(jìn)化出了植物寄生所需的創(chuàng)新性狀，但其遺傳基礎(chǔ)仍不清楚。

2025 年 8 月 15 日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)孫明、彭東海共同通訊在Science Advanced在線發(fā)表題為“Large-scale protein interactome reveals lineage-specific genes driving plant-parasitic nematode adaptive innovations”的研究論文。該研究鑒定了PPN譜系特異性基因（PPNLSG），并分析了其編碼蛋白（PPNLSP）的大規(guī)模蛋白質(zhì)相互作用組。

通過酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)，作者從莖線蟲莖線蟲（Ditylenchus destructor）中鑒定了2705個(gè)涉及PPNLSP的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，并利用計(jì)算方法在全基因組水平上預(yù)測了D. destructor蛋白的保守相互作用。整合這些數(shù)據(jù)可以生成全面的蛋白質(zhì)相互作用組圖譜，顯示已建立的復(fù)合物和PPNLSP模塊，并對306個(gè)未表征的PPNLSP進(jìn)行功能注釋。在這些相互作用中，作者基于這些PPNLSP模塊識(shí)別出多個(gè)與趨化性和感染性相關(guān)的PPNLSP，并提出了一個(gè)宿主尋求的趨化途徑模型。研究表明PPNLSG是PPN適應(yīng)性創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)因素，并為未來PPN生物學(xué)和控制策略的研究提供了參考資源。

表型進(jìn)化有助于了解動(dòng)植物在其進(jìn)化歷史中如何成功適應(yīng)特定的或以前未探索過的棲息地。推動(dòng)這一過程的兩個(gè)主要遺傳機(jī)制是現(xiàn)有基因的功能變異和新基因的獲得。多項(xiàng)研究集中于了解新基因的起源和進(jìn)化及其對可能導(dǎo)致創(chuàng)新進(jìn)化的特定表型的影響。某個(gè)物種或進(jìn)化枝所獨(dú)有的物種或譜系特異性基因通常被稱為新基因，代表該物種或譜系中的遺傳新穎性。許多物種特異性和譜系特異性基因已被證明對創(chuàng)新特定表型和增加多樣性具有重要貢獻(xiàn)，例如人類新皮層擴(kuò)張和延長脊柱成熟、果蠅求偶和翅膀形態(tài)發(fā)生、擬南芥蓮座叢形態(tài)發(fā)生和開花時(shí)間，以及水稻種間雜交不育。然而，這些發(fā)現(xiàn)大多是在模式動(dòng)物和植物中發(fā)現(xiàn)的，對真核生物物種和種群中的巨大多樣性的代表性有限。

植物寄生線蟲（PPN）是一大類專性活體營養(yǎng)寄生蟲，它們幾乎侵染所有重要的農(nóng)作物，是全球糧食安全的主要威脅，每年損害作物產(chǎn)量并造成數(shù)十億美元的損失。在過去的幾十年里，有人提出四個(gè)不同目的的 PPN 至少在四個(gè)不同的時(shí)期與自由生活的線蟲獨(dú)立進(jìn)化。盡管植物寄生有多個(gè)獨(dú)立的起源，但所有 PPN 都發(fā)展出了與自由生活的親屬所不共有的共同的結(jié)構(gòu)和生理特征，包括類似注射器的進(jìn)食工具（口針）和擴(kuò)大的食道腺，以及感知和響應(yīng)植物衍生的化學(xué)信號(hào)的能力。這些表型特征對于 PPN 適應(yīng)由數(shù)百種活體植物組成的棲息地至關(guān)重要。然而，這些性狀背后的遺傳決定因素在很大程度上是未知的。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育分析，墊刃目被定義為進(jìn)化枝 12，涵蓋了大多數(shù)農(nóng)業(yè)上重要的線蟲物種，包括破壞性極強(qiáng)的定居內(nèi)寄生蟲，如根結(jié)線蟲和囊腫線蟲。比較基因組學(xué)研究表明，進(jìn)化枝 12 的 PPN 有數(shù)百個(gè)物種特異性和譜系特異性基因，但與自由生活的線蟲沒有共享。

然而，這些基因中的大多數(shù)尚未通過基因組數(shù)據(jù)注釋進(jìn)行功能表征。在后基因組時(shí)代，高通量基因組方法可以有效地探索多個(gè)基因的功能，并已用于表征與重要表型特征相關(guān)的具有不同功能的基因。其中，大規(guī)模蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用組已成為定義人類蛋白質(zhì)群落和疾病網(wǎng)絡(luò)的有力工具。此外，特定生理或病理細(xì)胞環(huán)境下蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)級(jí)圖譜可識(shí)別候選疾病基因并告知潛在的致病機(jī)制以及臨床結(jié)果。植物中的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)圖譜揭示了與農(nóng)藝重要性狀（如春化和病原體防御）相關(guān)的先前未知的蛋白質(zhì)復(fù)合物。此外，擬南芥植物激素信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)圖譜展示了具有多效功能的接觸蛋白，揭示了對應(yīng)激反應(yīng)和農(nóng)藝產(chǎn)量至關(guān)重要的調(diào)控途徑。揭示寄生線蟲等許多其他重要物種的這種細(xì)胞組織類型將極大地推動(dòng)基礎(chǔ)研究，并為未來的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。

圖 1 PPNLSGs 的鑒定、注釋和表達(dá)分析（圖源自Science Advanced ）

莖線蟲 Ditylenchus destructor 是一種屬于進(jìn)化枝 12 的遷徙性內(nèi)寄生蟲，已知會(huì)對馬鈴薯、紅薯和花生作物造成嚴(yán)重和破壞性的影響，并已被提議作為研究特化器官發(fā)育、宿主適應(yīng)和 PPN 生物防治的模型線蟲。在這里，作者專注于來自 D. destructor 的 PPN 譜系特異性基因 (PPNLSG)，通過構(gòu)建以其編碼的蛋白質(zhì) (PPNLSP) 為中心的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)。這里進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)分析揭示了已知的蛋白質(zhì)復(fù)合物和細(xì)胞通路，以及 PPNLSP 模塊。此外，RNA 干擾 (RNAi) 介導(dǎo)的基因沉默實(shí)驗(yàn)使作者能夠強(qiáng)調(diào)某些 PPNLSP 與線蟲感染性的相關(guān)性以及某些 PPNLSP 與趨化性的關(guān)聯(lián)。此外，作者提出了一種D. destructor的趨化途徑模型，該模型對于尋找其宿主植物至關(guān)重要，其中跨膜PPNLSP似乎在G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)的上游發(fā)揮作用，作為對植物源化學(xué)信號(hào)的響應(yīng)?？偠灾?，這項(xiàng)研究為在進(jìn)化和機(jī)制框架下解讀寄生蟲基因功能提供了寶貴的資源，并闡明了譜系特異性基因是PPN適應(yīng)宿主寄生的創(chuàng)新表型性狀的驅(qū)動(dòng)因素。研究數(shù)據(jù)凸顯了蛋白質(zhì)相互作用組分析在揭示非模式生物創(chuàng)新分子基礎(chǔ)方面的有效性。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt5107