海南农科院植保所线虫团队解析植物源杀线虫新利器

世界农化网中文网报道：近日，海南省农业科学院植物保护研究所植物病理研究（海南省农业科学院农产品质量安全与标准研究中心）植物线虫团队在《Plants》在线发表了题为″The chemical composition and nematicidal activity of wasabi （Eutrema japonicum） rhizome extract against Meloidogyne enterolobii″的研究论文。该研究首次发现山葵（Eutrema japonicum）根茎提取物对象耳豆根结线虫（Meloidogyne enterolobii）具有较强的杀线虫活性，通过GC-MS-VOCs分析山葵乙醇提取物，初步筛选出10种活性化合物，并明确了异硫氰酸仲丁酯和香叶醇对象耳豆根结线虫的二龄幼虫（J2s）和卵孵化均具有较强的抑制作用。该研究进一步结合网络药理学和RT-qPCR分析探究了异硫氰酸仲丁酯和香叶醇对象耳豆根结线虫的潜在作用机制，为开发新型植物源杀线虫剂提供新的理论依据。

象耳豆根结线虫是极具破坏性的根结线虫种类之一，对瓜类、豆科、茄科等多种作物的生产造成严重威胁。已有研究证实山葵提取物具有杀虫、杀菌活性，但尚未见其对象耳豆根结线虫抑制作用的相关报道。本研究采用体外杀线活性试验，分析了山葵根茎乙醇提取物对象耳豆根结线虫的杀线活性，结果显示，该提取物对象耳豆根结线虫J2s及单卵孵化过程均表现出良好的抑制作用（图1）。

图1 山葵乙醇提取物对象耳豆根结线虫二龄幼虫（J2s）的杀线虫活性及单卵孵化的抑制率

研究山葵乙醇提取物的杀线虫成分及其作用机制，对防治线虫具有重要意义。本研究通过GC-MS-VOCs分析山葵乙醇提取物，共获取1210个峰。结合文献及相关研究，初步筛选出10种有机硫化合物、脂类化合物、有机杂环化合物等具有杀虫抑菌作用的物质。进一步从中选取2种活性化合物深入研究，结果表明，异硫氰酸仲丁酯和香叶醇对象耳豆根结线虫表现出较高的杀线虫活性（图2）。

图2 异硫氰酸仲丁酯（左）和香叶醇（右）对象耳豆根结线虫二龄幼虫（J2s）的杀线虫活性及单卵孵化的抑制率

为探索山葵活性化合物的作用机制，本研究采用网络药理学分析的方法预测了10种化合物对象耳豆根结线虫的潜在作用靶点。结果显示，化合物与根结线虫之间存在8个共同靶蛋白（图3）。对靶蛋白进行GO分析，发现其参与26种细胞组成（CC）、18种分子功能（MF）和24个生物过程（BP）（图4）。KEGG通路富集分析发现，排名前5的信号通路分别是癌症中的通路、单纯疱疹病毒1型感染通路、PI3K-Akt信号通路、癌症中的小RNA信号通路以及细菌性痢疾信号通路（图5）。

图3 化合物与根结线虫共同作用靶点的韦恩图（a）和PPI网络图（b）

图4 GO功能富集分析

图5 KEGG信号通路富集分析

通过Cytoscape进一步构建化合物-靶蛋白相互作用网络，研究发现与异硫氰酸仲丁酯关联最密切的靶蛋白是PIK3R1，而与香叶醇关联最密切的靶蛋白是mTOR（图6）。已有研究表明，PIK3R1和mTOR均参与PI3K-Akt信号通路。

根据靶蛋白的名称，在根结线虫靶蛋白数据集内进行检索，共得到26个PIK3R1同源蛋白和12个含mTOR的N端结构域蛋白、并步在NCBI数据库中检索得到对应的氨基酸序列，经过保守结构域分析，最终鉴定出4个蛋白进行下一步研究，分别是：2个包含SH2保守结构域的PIK3R1-1和PIK3R1-2蛋白，以及2个包含RICTOR_N保守结构域的Rictor-1和Rictor-2蛋白。进一步研究发现，异硫氰酸仲丁酯和香叶醇均能显著诱导J2s中PIK3R1-1、PIK3R1-2、Rictor-1和Rictor-2基因上调表达。表明这些化合物可能通过PI3K-Akt信号通路影响线虫的正常生长发育。

图6 化合物-靶蛋白相互作用网络

海南省农业科学院植物保护研究所（海南省农业科学院农产品质量安全与标准研究中心）王佳莉和李治文为论文第一作者，王会芳研究员和朱白婢研究员为论文通讯作者。本研究由国家现代农业产业技术体系专项经费（项目编号：CARS-16-E18）、海南省科技专项基金（项目编号：ZDYF2024XDNY179）、海南省农业科学院本级科研项目（项目编号：HAAS2025ZDGZ07）及海南省农业科学院2025年度院级（科技创新）项目（项目编号：HAAS2025KJCX15）共同资助。