寄生を促進するためのグリシンベタイン代謝に関与する植物寄生性線虫のNRPS様ATRR

植物寄生性線虫（PPN）は、最も深刻な植物病原体の1つであり、主要な作物で広く深刻な損傷を引き起こします。この研究では、ゲノムマイニング法を使用して、N末端（A-T-R1-R2）と2つの連続した還元ドメインで保存されている植物寄生性線虫のゲノムにおける非リボソームペプチド合成酵素（NRPS）様酵素を同定しました（A-T-R1-R2）と真菌NRPS様ATRRと相同です。線虫（Meloidogyne incognita）寄生におけるNRPS様酵素（MIATRR）の役割を実験的に調査しました。Saccharomyces cerevisiaeにおけるMIATRRの異種発現は、高濃度のグリシンベタインによって引き起こされる成長阻害を克服できます。RT-QPCR検出は、M。cognitaの初期の寄生ライフ段階（植物のJ2S）でMIATRRが有意に上方制御されることを示しています。シロイヌナズナの宿主由来のMIATRR RNA干渉（RNAI）は、Thalianaの胆嚢の数と卵量の数を大幅に減少させ、発達を遅らせ、線虫の体の大きさを減らします。外因性のグリシンベタインとコリンは、自由生活のM. incognita J2s（前寄生性J2）の生存に明らかな影響を与えませんが、特にMiatrr-RNAI植物のポランタの線虫の性能に影響を与えます。A. thalianaの根圏土壌に外因性のグリシンベタインとコリンを塗布した後、胆嚢と卵量の数は明らかにグリシンベタインによって減少しましたが、コリンによって増加しました。真菌NRPS様ATRRの機能に関する知識と、宿主植物および線虫におけるグリシンベタインの役割に基づいて、MIATRRはグリシンベタイン還元酵素として作用し、グリシンベタインをチョリンに変換することにより、線虫と植物の相互作用に関与することを示唆します。これは、NRPのようなATRRを利用して宿主植物の寄生を促進する植物寄生線虫の普遍的な戦略かもしれません。

Plant-parasitic nematodes (PPNs) are among the most serious phytopathogens and cause widespread and serious damage in major crops. In this study, using a genome mining method, we identified nonribosomal peptide synthetase (NRPS)-like enzymes in genomes of plant-parasitic nematodes, which are conserved with two consecutive reducing domains at the N-terminus (A-T-R1-R2) and homologous to fungal NRPS-like ATRR. We experimentally investigated the roles of the NRPS-like enzyme (MiATRR) in nematode (Meloidogyne incognita) parasitism. Heterologous expression of Miatrr in Saccharomyces cerevisiae can overcome the growth inhibition caused by high concentrations of glycine betaine. RT-qPCR detection shows that Miatrr is significantly upregulated at the early parasitic life stage (J2s in plants) of M. incognita. Host-derived Miatrr RNA interference (RNAi) in Arabidopsis thaliana can significantly decrease the number of galls and egg masses of M. incognita, as well as retard development and reduce the body size of the nematode. Although exogenous glycine betaine and choline have no obvious impact on the survival of free-living M. incognita J2s (pre-parasitic J2s), they impact the performance of the nematode in planta, especially in Miatrr-RNAi plants. Following application of exogenous glycine betaine and choline in the rhizosphere soil of A. thaliana, the numbers of galls and egg masses were obviously reduced by glycine betaine but increased by choline. Based on the knowledge about the function of fungal NRPS-like ATRR and the roles of glycine betaine in host plants and nematodes, we suggest that MiATRR is involved in nematode-plant interaction by acting as a glycine betaine reductase, converting glycine betaine to choline. This may be a universal strategy in plant-parasitic nematodes utilizing NRPS-like ATRR to promote their parasitism on host plants.