大豆孢囊线虫（Soybean cyst nematode，SCN）堪称全球大豆产业的“头号杀手”，是极具破坏性的大豆根部病原体。长期以来，商业化大豆品种主要依赖Rhg1抗性基因位点来抵御SCN，但随着该位点抗性的逐渐衰退，寻找新的抗源已迫在眉睫。

2026年5月7日，北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室、北大-清华生命科学联合中心王伟团队与合作者在Advanced Science期刊在线发表了题为《Hijacking the host clock: A nematode effector antagonizes soybean circadian defense and translation control》的研究论文，研究首次揭示了大豆根生物钟对SCN的免疫调控节律，以及SCN使用效应蛋白“劫持”宿主生物钟，并干扰宿主的翻译系统，从而促进侵染的机制。

研究发现，大豆对SCN的抗性呈现出显著的昼夜和生物钟节律特征（图1）。在此过程中，大豆生物钟的核心组分GmCCA1扮演了不可或缺的角色。作者在大豆毛状根中过表达GmCCA1时，虽然大豆原有的生物钟节律被打乱，但却意外获得了持续且显著的抗线虫能力（图1）。进一步实验和分析表明，GmCCA1能在宿主体内广泛地“发号施令”，不仅激活了经典抗性位点Rhg1内的防卫基因，还同步唤醒了众多抗病机制相关（PR）基因和抗性（R）基因。

图1 大豆根部生物钟调控对SCN的抗性节律

另一方面，SCN可以通过向大豆根内分泌效应蛋白Hg4E02干扰大豆根整体生物节律。Hg4E02能直接进入大豆根细胞核，通过识别特定的顺式作用元件，直接结合在多个核心生物钟基因（包括 GmCCA1、J/GmELF3a 和 GmPRR5a）的启动子上，抑制它们的表达（图2）。与此同时，Hg4E02 还会全面压制大豆的防御基因网络，从而大幅增强线虫的侵染能力。研究中利用了宿主诱导基因沉默技术：在大豆根细胞中表达靶向Hg4E02的小干扰RNA（siRNA）时，这些siRNA会在线虫取食时进入线虫体内，成功阻断其毒性并恢复大豆的抗性。

图2 Hg4E02结合大豆生物钟基因启动子并抑制其表达

除了生物钟系统的博弈，研究还揭示了双方在“蛋白质翻译机器”上极其精彩的对抗。GmCCA1倾向于抑制翻译进程并减缓根系生长，将大豆有限的资源集中用于病原体防御。Hg4E02则表现出截然相反的策略，它在压制免疫的同时，大力促进宿主翻译相关基因（如核糖体大亚基基因）的表达，迫使宿主细胞加速制造蛋白质，从而为线虫在营养库（合胞体）中的生长发育提供源源不断的“粮草”（图3）。本研究不仅填补了植物寄生线虫直接干预宿主生物钟领域的空白，更为未来培育广谱、持久抗SCN的大豆新品种提供了宝贵的思路。

图3 GmCCA1与Hg4E02拮抗作用及分子机制模型

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研究领域：

在基础研究方面，主要致力于阐明植物中应激颗粒的形成机制、生物学功能和进化学意义。应激颗粒是一种重要的转录后和翻译调控方式。对哺乳动物细胞的研究表明，应激颗粒与神经退行性疾病、肿瘤凋亡、病毒侵染、免疫、炎症反应等密切相关。然而，应激颗粒在植物中的功能有待解析。本实验室综合运用细胞生物学、分子生物学、蛋白质组学、基因组学和生物信息学等手段发现了植物诱导应激颗粒形成的分子学机制、解析了植物应激颗粒的蛋白组分并对其生物学功能进行了探索。

在作物研究方面，主要关注大豆根系生物钟与大豆孢囊线虫互作的分子机理。近年来对于植物生物钟的深入研究确立了其在拮抗叶片病原体中的关键作用。而对于植物生物钟和根系病原体之间的互作知之甚少。因此解析植物根系生物钟与孢囊线虫之间的互作及相关信号转导途径将填补这一重要的空白。孢囊线虫是目前限制大豆产量最主要的病虫害。每年在全球造成数十亿美元的经济损失。对于孢囊线虫与大豆根系生物钟互作机理的理解将有助于发现拮抗孢囊线虫新的生物靶标。

在生物技术开发方面，本实验室结合Fabry–Pérot干涉仪原理、新型廉价纳米级Fabry–Pérot干涉仪制备技术以及专门针对小分子的核酸适体筛选方法已成功研制出具有高灵敏度、制备价格极为低廉的新型纳米感应器用于植物激素的定量测定。这类新型纳米探测器也可替代表面等离子共振仪用于定量分析分子互作。