收稿日期:２０２２－０４－１８ꎻ修回日期:２０２２－０５－１１ꎻ网络首发:２０２２－０５－１３
基金项目：国家自然科学基金项目 光敏感ｍａｄｄ－４基因对松材线虫胚胎致死的调控机理研究 (３１７００５６５)ꎬ 松材线虫性比调节的种间竞争
策略及分子机制研究 (３１８７０６３３)
第一作者：孙薇(１９６３ )ꎬ女ꎬ浙江嘉善人ꎬ高级工程师ꎬ主要从事林业有害生物防治研究ꎬＥ￣ｍａｉｌ:５６２２３３２４８＠ｑｑ ｃｏｍ通信作者：胡加付ꎬ教授ꎬ主要从事森林病虫害基础理论研究ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｈｕｊｉａｆｕ２０００＠１６３ ｃｏｍꎮ
孙薇ꎬ周立峰ꎬ陈静ꎬ等 松材线虫基础生物学研究进展[Ｊ] 中国森林病虫ꎬ２０２２ꎬ４１(３):３８－４４
松材线虫基础生物学研究进展
孙薇１ꎬ２ꎬ周立峰１ꎬ陈静１ꎬ胡加付１
(１ 浙江农林大学ꎬ浙江杭州㊀３１１３００ꎻ２ 临海市林业技术推广和场圃旅游服务总站ꎬ浙江临海㊀３１７０００)
摘要：松材线虫病是由松材线虫Ｂｕｒｓａｐｈｅｌｅｎｃｈｕｓｘｙｌｏｐｈｉｌｕｓ引起的一种国际检疫性病害ꎬ在我国严重发生ꎬ造成了巨大的经济损失和生态灾难ꎮ截至目前ꎬ对松材线虫病国内外尚缺乏十分简便有效的防治方法ꎮ笔者围绕松材线虫本身的基础生物学研究ꎬ从个体发育㊁生理代谢㊁遗传进化和行为学等方面总结研究进展ꎬ分析存在的问题和不足ꎬ并提出未来研究的前沿和重点ꎬ为深入开展松材线虫病理论基础研究和开发特异性的防控措施提供参考ꎮ关键词：松材线虫ꎻ松材线虫病ꎻ基础生物学ꎻ发育生物学ꎻ行为学
中图分类号:Ｓ７６３ １６㊀文献标志码:Ａ㊀文章编号:１６７１－０８８６(２０２２)０３－００３８－０７ＤＯＩ:１０.１９６８８/ｊ ｃｎｋｉ ｉｓｓｎ１６７１－０８８６ ２０２２００３８
ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｂａｓｉｃｂｉｏｌｏｇｙｏｆｐｉｎｅｗｏｏｄｎｅｍａｔｏｄｅꎬＢｕｒｓａｐｈｅｌｅｎｃｈｕｓｘｙｌｏｐｈｉｌｕｓ
相思的诗
ＳＵＮＷｅｉ１ꎬ２ꎬＺＨＯＵＬｉｆｅｎｇ１ꎬＣＨＥＮＪｉｎｇ１ꎬＨＵＪｉａｆｕ１
(１ ＺｈｅｊｉａｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ＆ＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１１３００ꎬＣｈｉｎａꎻ２ ＦｏｒｅｓｔｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｘｔｅｎｓｉｏｎ＆Ｔｏｕｒｉｓｍ
ＳｅｒｖｉｃｅＳｔａｔｉｏｎꎬＬｉｎｈａｉ３１７０００ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＰｉｎｅｗｉｌｔｄｉｓｅａｓｅｉｓａｎｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｑｕａｒａｎｔｉｎｅｄｉｓｅａｓｅｃａｕｓｅｄｂｙｐｉｎｅｗｏｏｄｎｅｍａｔｏｄｅꎬＢｕｒｓａｐｈｅｌｅｎｃｈｕｓｘｙｌｏｐｈｉｌｕｓ.ＩｔｏｃｃｕｒｓｓｅｒｉｏｕｓｌｙｉｎＣｈｉｎａꎬｃａｕｓｉｎｇｈｕｇｅｅｃｏｎｏｍｉｃｌｏｓｓｅｓａｎｄｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｓ.Ｕｐｔｏｎｏｗꎬｔｈｅｒｅｉｓｎｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄａｇａｉｎｓｔｐｉｎｅｗｉｌｔｄｉｓｅａｓｅａｌｌｏｖｅｒｔｈｅｗｏｒｌｄ.ＩｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒꎬｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｏｎｔｏｇｅｎｙꎬｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｔａｂｏｌｉｓｍꎬｇｅｎｅｔｉｃｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｅｔｈｏｌｏｇｙｏｆＢ.ｘｙｌｏｐｈｉｌｕｓｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄꎬｔｈｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔａｓｐｅｃｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄꎬａｎｄｐｒｏｍｉｓｉｎｇｐｏｉｎｔｓｆｏｒｆｕｔｕｒｅｓｔｕｄｙｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ.Ｔｈｉｓｗｏｒｋｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｖａｌｕａｂｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃａｒｒｙｉｎｇｏｕｔｆｕｒｔｈｅｒｂａｓｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｉｎｅｗｉｌｔｄｉｓｅａｓｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅａｓｕｒｅｓ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｂｕｒｓａｐｈｅｌｅｎｃｈｕｓｘｙｌｏｐｈｉｌｕｓꎻｐｉｎｅｗｉｌｔｄｉ
ｓｅａｓｅꎻｂａｓｉｃｂｉｏｌｏｇｙꎻｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌｂｉｏｌｏｇｙꎻｅｔｈｏｌｏｇｙ㊀㊀松材线虫Ｂｕｒｓａｐｈｅｌｅｎｅｈｕｓｘｙｌｏｐｈｉｌｕｓ是一种严重森林病原线虫ꎬ其引起的松材线虫病是世界范围内有历史记载以来最为严重的森林病害ꎮ由于松材线虫的适应能力强㊁寄主分布范围广ꎬ该病在我国发生严重ꎬ造成了巨大的经济损失和生态灾难ꎮ
迄今为止ꎬ国内外学者对松材线虫病开展了大量研究ꎬ取得了显著进展ꎬ主要集中于松材线虫病的
病原鉴定㊁传媒昆虫㊁侵染循环㊁扩散机制㊁致病机理㊁监测预警和防控措施等方面ꎮ在松材线虫本身的基础生物学研究方面ꎬ近年来也取得了显著进展ꎬ但很多关键领域的研究仍较薄弱ꎬ包括松材线虫扩散型幼虫和繁殖型幼虫相互转变的分子机制㊁松材线虫环境适应性进化㊁性别决定与分化的分子调控机理ꎬ以及松材线虫取食行为和与寄主松树互作的
中国森林病虫㊀２０２２年５月㊀第４１卷㊀第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｈｔｔｐ://ｚｇｓｌｂｃ.ｂｄｐｃ.ｏｒｇ.ｃｎ
生物学过程等等ꎮ基础生物学研究不足在很大程度上限制了病害系统的基础理论研究和发展ꎬ也对开发特异性的防控技术形成了障碍ꎮ笔者瞄准松材线虫本身的基础生物学研究ꎬ从个体发育㊁生理代谢㊁遗传进化和行为学等方面总结国内外研究进展ꎬ分析存在的问题和不足ꎬ以期为深入开展松材线虫病理论基础研究提供参考ꎮ
１ 发育生物学研究进展
与模式线虫秀丽隐杆线虫Ｃａｅｎｏｒｈａｂｄｉｔｉｓｅｌｅ￣ｇａｎｓ相比ꎬ松材线虫的发育生物学研究大多停留在形态观察阶段ꎬ对发育的分子调控过程缺乏深入系统的研究ꎮＨａｓｅｇａｗａ等研究发现ꎬ松材线虫的受精作用在雌性成虫输卵管和四轴柱的连接通道中进行ꎬ在２５ħ条件下ꎬ卵细胞和精细胞融合后约
２０ｍｉｎ就可以在外围形成一层薄而透明的受精卵壳ꎬ受精卵呈长椭圆形ꎬ在雌虫体内不发育ꎻ受精卵产出后ꎬ首先会在侧面中部出现雌性原核ꎬ几分钟后在受精卵的一个顶端显现雄性原核ꎬ随后雌性原核与雄性原核相互靠近ꎬ并在受精卵中部融合[１]ꎮ进一步观察发现ꎬ松材线虫的第１次卵裂发生在产卵后约６０ｍｉｎꎬ形成大小不等的ＡＢ细胞(大)和Ｐ１细胞(小)ꎻ约１０ｍｉｎ后ꎬＡＢ细胞先分裂成ＡＢｐ和ＡＢａ两个细胞ꎬ进入三胞期ꎬ再过１０ｍｉｎ后Ｐ１分裂形成Ｐ２和ＥＭＳ两个细胞ꎬ进入四胞期ꎻ从四胞期到八胞期ꎬ需要约１０ｍｉｎ[２]ꎮ此后ꎬ随着细胞的持续分裂ꎬ受精卵内出现了明显的组织结构ꎬ有一层较小的细胞(外胚层)包裹着一群较大的细胞(内胚层)ꎬ整个受精卵进入囊胚期(ｂｌａｓｔｏｃｙｓｔｓｔａｇｅ)ꎬ从二胞期到囊胚期大约需要６~７ｈꎮ之后ꎬ进一步发育并进入利马豆期(ｌｉｍａｂｅａｎｓｔａｇｅ)ꎬ１ ５ｈ后进入蝌蚪期(ｔａｄｐｏｌｅｓｔａｇｅ)ꎮ再过约１ ５ｈꎬ内陷到卵的一端ꎬ形成二折结构ꎬ即二折期(ｌｏｏｐｓｔａｇｅ)ꎮ二折期胚胎已经可以蠕动ꎬ变细㊁伸长ꎬ约３ｈ后即可发育为四折的１龄幼虫ꎮ１龄幼虫的唇区㊁口针㊁中食道球等器官尚未形成ꎮ约１
ｈ后ꎬ１龄幼虫蠕动减缓ꎬ开始第１次脱皮ꎬ进入２龄幼虫阶段ꎮ２龄幼虫唇区㊁口针㊁中食道球等器官清晰可见ꎬ不断地在卵壳内蠕动ꎬ约４ｈ后ꎬ卵壳破裂ꎬ幼虫孵化[３]ꎮ从受精卵产生到２龄幼虫孵化大约需要３０ｈꎮ
㊀㊀松材线虫刚孵化出的２龄幼虫体色较淡ꎬ取食后肠内可见颗粒状物质ꎬ此后体色逐渐加深ꎬ唇区出现缢缩ꎬ中食道球变大ꎬ体长为２２０μｍ左右ꎬ约１ｄ后脱皮成３龄幼虫ꎮ３龄幼虫体长为４５０μｍ左右ꎬ生殖细胞清晰可见ꎬ取食约１ｄ后蜕皮为４龄幼虫ꎮ４龄幼虫唇区缢缩明显ꎬ生殖腺快速增大ꎬ雌㊁雄生殖器官形成ꎬ此时体长达到６００μｍ左右ꎬ４龄幼虫持续时间约１ ５ｄꎮ４龄幼虫脱皮后为成虫ꎬ成虫体长持续增加ꎬ雌㊁雄成虫很快交配产卵ꎮ成虫生殖腺较大ꎬ各发育阶段的生殖细胞清晰可见ꎬ雌成虫有阴门盖ꎬ雄成虫交合刺明显ꎮ雌㊁雄成虫交配时长约为２３ｍｉｎ[４－５]ꎬ交配后雌虫随即开始产卵ꎬ产卵期长达１周ꎬ平均产卵约７９粒[６]ꎮ在２５ħ条件下ꎬ松材线虫完成１代需要约５ｄ[７]ꎬ３０ħ条件下松材线虫生长发育最快ꎬ但高于３３ħ发育速度将被抑制ꎬ其发育的最低温度为９ ５ħ[８－１０]ꎬ但具有较强的温度适应能力ꎬ并且经过低温驯化后ꎬ耐寒能力随着驯化时间的延长而显著提高[１１]ꎮ
松材线虫发育分子生物学研究进展缓慢ꎬ根本原因在于基因敲除和基因编辑技术尚未在松材线虫体内获得成功ꎮ松材线虫的体宽较窄ꎬ只有５０μｍ左右ꎬ现有的显微注射技术会对松材线虫的性腺产生较大伤害ꎬ甚至直接将身体一分为二ꎬ大部分个体都因伤害过重而死亡ꎮ另外ꎬ松材线虫为雌雄异体ꎬ极少
数能够存活的个体要完成伤口愈合㊁顺利交配ꎬ并获得稳定遗传性状的下一代ꎬ成功率极低ꎮ因此ꎬ国内外对松材线虫发育的分子生物学研究大多采用浸泡ＲＮＡｉ技术ꎬ由于该技术干扰效率不高ꎬ往往存在研究结果不稳定和重复性较差等问题ꎮ周立峰等研究发现ꎬ松材线虫ｍａｂ－３基因具有雄性特异性ꎬ在松材线虫的精子发生和雄性个体发育过程中具有十分重要的作用ꎬ并能够调控雄性成虫的交配行为ꎻｍａｂ－３基因被干扰之后ꎬ松材线虫雄性成虫的体长和体内的精子大小都明显变小ꎬ雄性成虫不能进行正常的交配ꎬ无法准确定位雌虫的阴户部位ꎬ交配出错率明显上升[１２]ꎮ已有研究结果表明ꎬ很多基因被干扰之后ꎬ松材线虫的胚胎孵化率都会显著降低ꎬ如Ｂｘｙ－ｏｃｔｒ－１㊁ｍａｄｄ－４㊁Ｂｘｙ－ｅｇｌ－３０㊁Ｂｘｙ－ｆｕｃａ和Ｂｘｙ４０２２等[１３－１７]ꎬ这可能与胚胎发育的复杂生物学过程有关ꎬ同时表明松材线虫的胚胎发育可能受到多个基因的调控ꎮ有趣的是ꎬ虽然松材线虫长期生活在树体之内ꎬ但光照能够显著地抑制其个体发育ꎬ其中蓝光的抑制作用最强ꎬ并显著抑制其种群数量增长[１８－１９]ꎮ早在２０世纪８０年代ꎬＫａｎｅｋｏ就已经证实光照能够抑制松材线虫病的发病进程[２０]ꎮ
扩散型Ｄａｕｅｒ幼虫的形成是松材线虫病病害流行的基础ꎬ但国内外对松材线虫Ｄａｕｅｒ幼虫的形成
９３
中国森林病虫㊀２０２２年５月㊀第４１卷㊀第３期
机理尚没有取得突破性进展ꎮＫｉｋｕｃｈｉ等研究发现
了２０多个与松材线虫扩散型幼虫形成相关的基因ꎬ
包括ｉｎｓｕｌｉｎ/ＩＧＦ－１路径中的ｄａｆ－２㊁ｄａｆ－１８㊁ｄａｆ－１６㊁ａｇｅ－１㊁ｐｄｋ－１㊁ａｋｔ－１㊁ａｋｔ－２和ｓｇｋ－１ꎬＴＧＦ－β路径中的ｄａｆ－１㊁ｄａｆ－３㊁ｄａｆ－４㊁ｄａｆ－７㊁ｄａｆ－８㊁ｄａｆ－１４㊁ｓｃｄ－１㊁ｓｃｄ－２㊁ｂｒａ－１和ｋｉｎｇ－８ꎬ鸟苷酸环化酶路径中的ｄａｆ－１１㊁ｔａｘ－２和ｔａｘ－４ꎬ
以及类固醇激素路径中的ｄａｆ－９和ｄａｆ－１２[２１－２２]ꎮ赵利蔺等研究发现ꎬ松墨天牛在羽化过程中释放大
量Ｃ１５－Ｃ１８脂肪酸乙酯ꎬ启动松材线虫Ｉｎｓｕｌｉｎ和ＤＡ/ＤＡＦ－１２信号通路ꎬ改变发育途径ꎬ进而诱导扩散型３龄幼虫(ＬⅢ)形成扩散型４龄幼虫(ＬＩＶ)[２３]ꎬ但对转型发育的生物学过程没有开展深入研究ꎮ对松材线虫部分ｄａｆ基因的生物学功能进行分析发现ꎬ基因ｄａｆ－９和ｄａｆ－１２对松材线虫扩散周期具有一定的调控作用[２４]ꎻ采用ＲＮＡｉ技术分析松材线虫基因ｄａｆ－６的生物学功能发现ꎬ该基因能够在一定程度上抑制松材线虫扩散型幼虫的形成[２５]ꎻ根据ｄａｆ－８和ａｋｔ－１基因的研究结果ꎬ推测松材线虫在休眠幼虫Ｄａｕｅｒ形成之前的繁殖型２龄幼虫(Ｊ２)期启动了ｉｎｓｕｌｉｎ/ＩＧＦ－１信号路径和ＴＧＦ－β信号路径ꎬ但这２个基因都不能够单
独调控松材线虫Ｄａｕｅｒ幼虫的形成[２６－２７]ꎮ
２㊀生理代谢研究进展
松材线虫的致病机理是当前松材线虫病研究的
前沿和热点ꎬ尽管难以获得直接的证据ꎬ但不少学者
认为松材线虫分泌的纤维素酶和毒素是引起松树死
亡的主要原因ꎮ因此ꎬ现有生理代谢研究大多数是
基于松材线虫的致病性而开展的纤维素酶和毒素基
因的生物学功能验证ꎮ研究发现ꎬ松材线虫分泌的
纤维素酶能够破坏松树薄壁细胞的细胞壁和细胞
膜ꎬ导致松脂从树脂道中渗漏并扩散到相邻的管胞
中ꎬ使松树水分输导受阻ꎬ引起松树萎蔫[２８－２９]ꎻ进一步研究发现ꎬ松材线虫基因组中有３个类毒
语文阅读理解解题技巧液过敏原家族蛋白ꎬ能诱导寄主松树的防御反应和过敏反应ꎬ如α－蒎烯大量积累和细胞死亡[３０－３１]ꎬ干扰松材线虫类毒液过敏原蛋白后ꎬ松材线虫在寄主体内的迁移率明显降低ꎬ致病力降低[３２]ꎮ
作为病原生物ꎬ松材线虫侵入寄主之后必然引
起松树一系列的防御反应ꎬ松树次生代谢产物的大
量产生是其防御反应的重要手段ꎬ如蒎烯等次级代
营养食品谢产物ꎻ松材线虫对松树次级代谢产物的分解代谢
过程ꎬ是其成功入侵和定殖的必要条件[３３－３４]ꎮ研究发现ꎬ松材线虫能够给寄主松树次生代谢产物加上
额外的功能团ꎬ使其更适合作为下游反应的底物ꎬ随
后进行解毒代谢ꎬ最后排出体外ꎮ例如ꎬ松材线虫的
细胞色素Ｐ４５０家族的基因拷贝数明显大于秀丽隐
杆线虫ꎬ其功能是可以改变次生代谢产物的功能基
团ꎬ使其更适合作为下游反应的底物[２２ꎬ３５]ꎻＰ４５０家族的ＣＹＰ３３Ｃ９㊁ＣＹＰ３３Ｃ４和ＣＹＰ３３Ｄ３基因与松材
线虫蒎烯类物质代谢相关ꎬ能提高松材线虫在寄主
体内的适应性ꎬ从而增强松材线虫繁殖率和致病性ꎬ
是松材线虫入侵过程中的重要关键因子[３６－３８]ꎮ与这些研究结果类似ꎬ王璇认为ꎬ松材线虫的激发基因能够诱导松树的防御反应ꎬ引发松树体内蒎烯类有毒次生代谢物质的大量积累ꎬ松材线虫解毒基因随之大量表达ꎬ转化利用并消耗松树的次生代谢产物[３９]ꎮ此外ꎬ林世锋等认为ꎬ松材线虫食道腺分泌的Ｅｘｐａｎｓｉｎ是一种细胞壁松弛蛋白ꎬ具有软化寄主松树细胞壁作用[４０]ꎮ进一步研究发现ꎬ松材线虫食道腺细胞可以特异性表达一类依赖于Ｃａ２＋的果胶酸裂解酶ꎬ通过口针分泌到寄主松树组织内部ꎬ促进果胶类物质分解ꎬ以利于其取食[４１]ꎮ
在松材线虫的生理代谢方面ꎬ对脂肪和蛋白质
的合成与分解等传统生理代谢研究尚未见报道ꎬ而
脂肪粒的大量形成是松材线虫Ｄａｕｅｒ幼虫最重要的
特征之一ꎬ深入研究其形成的生物学过程和分子调
3月3是什么星座
控机制具有十分重要的科学意义ꎬ也是亟待研究的
科学问题之一ꎮ
３㊀遗传进化研究进展
松材线虫源自北美洲[４２－４３]ꎬ在分类学上属于寄生滑刃科Ｐａｒａｓｉｔａｐｈｅｌｅｎｃｈｉｄａｅ伞滑刃亚科Ｂｕｒｓａｐｈｅ￣ｌｅｎｃｈｉｎａｅ伞滑刃属Ｂｕｒｓａｐｈｅｌｅｎｃｈｕｓ[４４]ꎮ与松材线虫亲缘关系最近的物种是拟松材线虫Ｂｕｒｓａｐｈｅｌｅｎ￣ｃｈｕｓｍｕｃｒｏｎａｔｕｓꎬ两者在形态学和生物学特性等方面高度相似ꎬ拥有相同的食物资源ꎬ共享同样的传媒昆虫ꎬ并在空间生态位上高度重叠ꎬ仅在致病力和雌性成虫的尾尖形态上有所差异[４５－４６]ꎮ因此ꎬ松材线虫与拟松材线虫是否是同一个物种以及两者之间的进化关系一直是学术界关注的焦点ꎮＫａｎｚａｋｉ等通过对ｒＤＮＡ的１８Ｓ㊁５ ８Ｓ㊁ＩＴＳ１㊁ＩＴＳ２序列及ＣＯＩ基因的部分序列系统发育分析认为ꎬ拟松材线虫起源于欧亚大陆的东部ꎬ而松材线虫则是由欧亚大陆传入北美的拟松材线虫分化而来[４３]ꎮＰｅｒｅｉｒａ等利用ＣＯＩꎬＩＴＳ２ꎬ２８ＳｒＤＮＡ等分子生物学手段ꎬ综合全球范围内已报道的拟松材线虫㊁松材线虫的相关分子
０４ ＦｏｒｅｓｔＰｅｓｔａｎｄＤｉｓｅａｓｅ㊀Ｍａｙ２０２２㊀Ｎｏ.３
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生物学信息ꎬ进一步证实了Ｋａｎｚａｋｉ等的假说ꎬ即松
材线虫起源于北美ꎬ而拟松材线虫起源于欧亚大
陆[４４]ꎮ周立峰等人应用ＩＳＳＲ(ｉｎｔｅｒ￣ｓｉｍｐｌｅｓｅ￣ｑｕｅｎｃｅｒｅｐｅａｔ)分子标记对东亚地区不同地理来源
的松材线虫和拟松材线虫进行种群遗传结构分析发
现ꎬ拟松材线虫形成更多的独立区域ꎬ而松材线虫紧
紧聚在一起ꎬ不同地理来源的拟松材线虫与松材线
虫在遗传上没有交叉[４５]ꎮ因此ꎬ尽管松材线虫和拟松材线虫的亲缘关系很近ꎬ但它们仍然是２个物种ꎮ采用第三代基因组测序技术对松材线虫和拟松材线虫进行基因组测序ꎬ发现拟松材线虫无论是基因组还是基因体量均比松材线虫略大ꎻ进化分析结果表明ꎬ松材线虫进化速率比拟松材线虫略快ꎬ但与ＣａｅｎｏｒｈａｂｄｉｔｉｓｂｒｉｇｇｓａｅꎬＣ ｅｌｅｇａｎｓꎬＤｉｔｙｌｅｎｃｈｕｓｄｅ￣ｓｔｒｕｃｔｏｒꎬＤ ｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒ和Ｓｔｒｏｎｇｙｌｏｉｄｅｓｒａｔｔｉ等其他物种相比ꎬ进化速率居中ꎬ而分化时间却是最晚的ꎬ这在一定程度上支持了松材线虫可能是拟松材线虫一个分支的推测(数据待发表)ꎮ
松材线虫生活在松树体内ꎬ大部分时间以微生
物为食ꎮ同源性进化分析结果表明ꎬ松材线虫基因
组中的一些与寄生相关的基因可能是通过水平转移
从微生物基因组中获得的[４６－４８]ꎮ例如：松材线虫基因组中的一些独特的细胞壁降解酶 糖苷水解酶４５家族纤维素酶ꎬ是其他线虫所不具有的ꎬ但和真菌中的相关基因同源性最高[２２]ꎮ另外ꎬ松材线虫的β－１ꎬ３－葡聚糖苷酶和β－１ꎬ４－葡聚糖苷酶的基因与细菌纤维素酶基因同源性较高ꎬ这可能是在演化过程中从细菌基因组整合到松材线虫基因组的基因水平转移结果[４９]ꎮ
松材线虫与拟松材线虫的亲缘关系极为接近ꎬ
能否进行种间杂交ꎬ以及杂交后代的繁殖力和致病
力等问题很早就引起人们的重视ꎮＭａｍｉｙａ等报道
松材线虫与拟松材线虫的杂交Ｆ１代不可育[５０]ꎻＢｏｌｌａ等报道部分松材线虫和拟松材线虫的杂交Ｆ１代可育[５１]ꎻＢｒａａｓｃｈ通过不同地理来源的松材线虫与拟松材线虫杂交试验发现ꎬ德国拟松材线虫和日本松材线虫与其他国家的松材线虫和拟松材线虫的种间杂交能够成功ꎬ且后代线虫与日本松材线虫株系能够进一步杂交并产生有致病力的后代[５２]ꎻ刘伟等用中国不同株系的拟松材线虫和松材线虫与其他国家的拟松材线虫和松材线虫进行种间杂交发现ꎬ能够杂交成功ꎬ但后代数量偏少且
大多不育[５３]ꎻ季宏铁研究发现ꎬ大部分杂交组合的后代经过１代或多代培养后死亡ꎬ无法形成可延续的种群ꎬ只有极少数组合产生可延续的杂交后代[５４]ꎻ贲爱玲等通过正交和反交试验发现ꎬ松材线虫的雄虫与拟松材线虫的雌虫(正交)的杂交率ꎬ最高可达９３ ８％ꎬ显著高于反交的杂交率ꎬ但杂交后代线虫普遍存在畸形和死亡率高的现象[５５]ꎻ应晨希等通过４个不同地理种群松材线虫和拟松材线虫的杂交结果发现ꎬ虽然能够完成杂交ꎬ但成功率偏低ꎬ松材线虫的雄虫比拟松材线虫的表现出更强的杂交趋向ꎬ具有明显的不对称种间杂交优势[５６]ꎮ拟松材线虫与松材线虫能够完成种间杂交ꎬ但杂交后代的繁殖能力尚未得到一致性结论ꎬ这可能是由所用线虫株系不同造成的ꎮ另外ꎬ经过数代人工饲养之后ꎬ松材线虫和拟松材线虫的杂交能力可能也会有一定的下降ꎮ在自然条件下ꎬ松材线虫和拟松材线虫处于完全的混生状态ꎬ这种条件下的杂交率尚有待进一步研究ꎮ与拟松材线虫相比ꎬ松材线虫具有更强的繁殖能力ꎬ其种群数量极大ꎬ即使只有极低的杂交效率ꎬ也会有效放大其种间不对称交配效应ꎬ增强其种间竞争能力ꎬ并最终占据生态位ꎬ这一点已经被Ｃｈｅｎｇ等[５７]和季锦衣[５８]所证实ꎮ无论在实验室还是在野外ꎬ松材线虫与拟松材线虫混合培养时都会发生竞争替代现象ꎬ即混合种群中松材线虫的种群数量会逐渐占优并最终替代拟松材线虫[５７－５８]ꎮ
按照科学界对 种 的定义ꎬ如果松材线虫和拟松材线虫是２个不同的种ꎬ应该存在生殖隔离ꎬ即相互之间不能交配ꎬ或者交配产生的后代不可育ꎮ目前ꎬ学术界根据分子生物学鉴定结果公认松材线虫和拟松材线虫是２个不同的种ꎬ但已有的研究结果表明ꎬ他们之间确实能够交配ꎬ且杂交后代在几代以内能够
成功再育ꎮ虽然杂交后代能否在自然条件下永久延续尚有待进一步确认ꎬ但已经对 种 的定义提出了挑战ꎮ在分子生物学鉴定技术出现之前ꎬ学术界对于不同物种的划分是基于个体形态的差异ꎬ且大多数是定性描述的结果ꎬ没有定量的衡量指标ꎬ而生物的个体形态存在多样性ꎬ这为物种分类带来了困扰ꎬ科学界对于 种 的定义是对传统物种形态分类结果的进一步确认ꎬ并以生殖隔离作为基本衡量标准ꎮ按照传统的形态分类和科学界对 种 的定义ꎬ松材线虫和拟松材线虫完全可以划归为同一个物种ꎮ但现代分子系统学是根据遗传物质核酸序列的相似度确认生物的种类ꎬ当特定片段核酸序列的相似度大于一定的数值时便认为是同一个物种ꎬ并没有将生殖隔离作为新物种确认的标准ꎮ因此ꎬ随着分子技术的进一步发展和应用ꎬ尤其是更多没
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中国森林病虫㊀２０２２年５月㊀第４１卷㊀第３期
有严格生殖隔离但核酸序列又存在一定差异现象的出现ꎬ也许科学界需要对 种 的内涵重新定义ꎮ
４ 行为学研究进展
在自然条件下ꎬ松材线虫长期生活在树体内ꎬ且个体微小ꎬ难以跟踪ꎬ故国内外对松材线虫的行为学只有一些零星的报道ꎬ缺乏深入系统的研究ꎮ赵利蔺等研究发现ꎬ刚羽化的媒介昆虫表皮硬化前产生长链
蛔甙类物质(Ａｓｃ－Ｃ９)松材线虫进入气管ꎬ从死亡松树转移到媒介昆虫[５９]ꎮ进一步研究发现ꎬ媒介天牛在取食补充营养和产卵过程中代谢和
呼吸速率增加ꎬ导致其气管内ＣＯ２含量升高ꎬ高浓度的ＣＯ２能够驱动松材线虫从媒介天牛气门溢出ꎬ并通过取食或产卵造成的伤口进入新的寄主松树[６０]ꎮ实验室研究结果表明ꎬ松材线虫不同发育阶段的繁殖型幼虫表现出不同的趋光性ꎬＪ２幼虫对短波长的蓝光㊁紫光以及复合白色光源具有一定的趋向性ꎬ而Ｊ３㊁Ｊ４和成虫对紫光却表现出明显的趋避性ꎮ与繁殖型Ｊ４幼虫不同ꎬ扩散型ＤＬＩＶ幼虫对所有波长的可见光均表现出一定的趋避性ꎬ这在一定程度上促进了ＤＬＩＶ幼虫在寄主转移过程中向松树体内移动[６１]ꎮ
在繁殖行为学方面ꎬＬｉｕ等研究了松材线虫的交配行为ꎬ将整个交配过程分为搜寻㊁接触㊁交尾和逗留４个阶段ꎬ并进一步分解为逡巡㊁靠近㊁相遇㊁触摸㊁卷曲㊁定位㊁固定㊁射精㊁解尾㊁静止和徘徊等１１个动作ꎬ整个过程持续８０ｍｉｎ左右ꎬ平均交尾时长为２３ｍｉｎꎮ与高等动物相似ꎬ松材线虫在交配过程中表现出明显的性吸引ꎬ在性别比例不平衡时ꎬ雌虫和雄虫都存在激烈的性内竞争[４－５]ꎮ理永霞等进一步研究发现ꎬ雌雄比为３ ４ʒ１时松材线虫的繁殖成功效率最高ꎬ种群增长速度最快[６２]ꎬ其内在的生物学机制尚有待进一步研究ꎮ尽管松材线虫与寄主松树之间的互作关系是松材线虫病病害系统的核心要素ꎬ但尚未见有松材线虫对松树取食行为的报道ꎮ本研究团队初步观察结果表明ꎬ松材线虫在取食松质食物时口针外露ꎬ并用口唇反复多次接触ꎬ这可能是其利用味觉进行食物选择的
过程ꎻ与取食松质食物不同ꎬ松材线虫在取食灰葡萄孢Ｂｏｔｒｙｔｉｓｃｉｎｅｒａ的过程中ꎬ先将身体移动到合适的位置ꎬ通过头部伸缩将口唇对准菌丝的横切面ꎬ再用口针将菌丝送进口腔ꎬ表现出明显的移动㊁定位㊁伸缩㊁取食和吞咽动作(待发表)ꎮ
综上所述ꎬ国内外对松材线虫的基础生物学开展了较多的研究ꎬ并取得了一定的进展ꎬ但现有研究大多停留在现象观察水平ꎬ尚没有在分子水平上揭示其内在机制ꎬ存在许多亟待解决的科学问题ꎬ这在很大程度上阻碍了新型防控技术的研究和开发ꎮ因此ꎬ突破松材线虫转基因研究技术瓶颈ꎬ建立成熟的松材线虫病分子研究技术体系ꎬ深入开展松材线虫的基础生物学研究ꎬ并针对病害流行的关键薄弱环节开发特异性的防控技术ꎬ应该是未来松材线虫病研究的核心和重点ꎮ
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