近日，我校王绍辉、赵文超教授课题组在国际知名期刊Advanced Science (IF5=16.3)上发表题为The SlDOF9-SlSWEET17 module: A switch for controlling sugar distribution between nematode induced galls and roots in tomato的研究论文，揭示了糖转运蛋白SWEET17作为植物根系与根结之间糖分配的负调节因子影响番茄对根结线虫敏感性的机制，为根结线虫的防治工作提供新的思路。它也是目前鉴定出的首例负调控其他SWEET蛋白糖运转功能的SWEET。
根结线虫（Meloidogynespp.）是一类典型的活体营养内寄生线虫，其侵染植物根系后会诱导根细胞异常分化形成根结，进而对全球农作物的产量与品质构成严重威胁。作为自养生物，植物通过光合作用合成以糖类为主的有机营养物质，维持自身生长发育；而营寄生生活的根结线虫缺乏独立合成有机物的能力，必须依赖宿主植物获取碳源等营养物质才能完成生活史。这种营养获取方式的本质差异，决定了植物与根结线虫在长期进化过程中形成了激烈的“糖分争夺战”——病原体不断进化出特异性策略以劫持宿主糖转运系统，而植物则通过调控糖代谢与分配限制线虫的营养获取并激活免疫反应。在这一互作体系中，糖转运蛋白家族 SWEET（Sugars Will Eventually be Exported Transporters）因其在韧皮部糖分分配及病原——宿主互作中的关键作用，成为双方竞争的核心靶点。已有研究表明，根结线虫能够通过某种机制 “劫持” 宿主的 SWEET 蛋白，改变根系糖分运输方向，使其向根结部位富集，从而满足自身发育需求。然而，植物是否具备主动调控 SWEET 家族成员、重塑糖分布网络抵御线虫侵染的手段，此前尚缺乏明确的科学阐释。
在根结线虫侵染番茄根系的早期阶段，研究人员观察到番茄糖转运蛋白家族成员SlSWEET17的基因表达量呈现显著上调。为解析其功能，研究团队通过酵母糖吸收实验发现，SlSWEET17在己糖突变体酵母株系EBY.VW4000中并不具备转运葡萄糖和果糖的能力，且其能够与根结组织中高表达的SlSWEET1c、SlSWEET1e、SlSWEET10b、SlSWEET12d 等同家族蛋白形成异源二聚体，进而抑制这些蛋白的糖转运活性。进一步研究表明，过表达SlSWEET17植株中，根结中的可溶性糖含量显著下降，且对根结线虫的易感性降低；而SlSWEET17基因敲除株系则表现出相反表型——根结中可溶性糖含量升高且根结线虫易感性显著增强。这表明SlSWEET17可通过调控根系与根结间的糖分分配，作为负调节因子影响番茄对根结线虫敏感性。此外，研究团队利用ChIP-qPCR、EMSA和双荧光素酶报告基因等技术，证实转录因子SlDOF9可直接结合在SlSWEET17的启动子区域。值得注意的是，根结线虫侵染初期SlDOF9的表达量呈现明显下调趋势。遗传学证据进一步表明，SlDOF9通过抑制SlSWEET17的表达，间接促进根结部位的糖分富集，从而正向调控番茄对根结线虫的侵染敏感性。
图1. SlSWEET17负调控番茄对根结线虫的敏感性
研究人员提出了SlDOF9-SlSWEET17模块作为“分子开关”在根结线虫侵染全过程中的动态调控规律，分为三个关键阶段：正常条件下：SlDOF9与SlSWEET17维持基础表达水平。此时，SlDOF9通过结合SlSWEET17启动子并抑制其表达，允许其他高活性糖转运蛋白（如SlSWEET1c、SlSWEET1e 等）正常向根部质外体运输糖分，保障植物自身生长所需的营养分配平衡，同时避免过度防御消耗自身能量；侵染早期（0-7天）：当线虫侵入根系并开始诱导根结形成时，SlDOF9表达量迅速下调，解除对SlSWEET17的转录抑制。此时SlSWEET17蛋白通过与其他高活性SWEET蛋白结合，形成异源二聚体，降低后者的糖转运能力。这一 “蛋白互作刹车”机制可有效减少糖分向根结富集，通过 “饥饿战术”抑制线虫幼虫发育，为植物启动免疫反应争取时间；侵染后期（14天以后）：随着根结线虫进入寄生稳态阶段，此时SlDOF9的表达量回升，重新抑制SlSWEET17转录，释放被封锁的高活性SWEET蛋白。尽管这为线虫提供了部分糖分营养，但避免了根系长期糖剥夺导致的发育障碍，体现了植物在抵御病原与维持自身生存之间的“策略性妥协”。
图2. SlDOF9-SlSWEET17模块响应根结线虫侵染的分子机制
北京农学院植物科学技术学院青年教师王小云博士、已毕业硕士生王志美和唐昕玥为本文共同第一作者，北京农学院赵文超教授为该论文的独立通讯作者。硕士研究生（秦家美、周小旋、谷丽侠、边慧慧）、孙路路副教授、黄煌副教授、正高级实验师杨瑞、高级实验师王建立、王绍辉教授、河南科技大学陈双臣教授、内蒙古农业大学杨忠仁教授也参与了部分研究工作。本研究得到了国家自然科学基金、北京市教委-市基金委联合资助项目、北京农学院农业领域科技创新“火花行动”支持计划等的资助。特别感谢玄元虎教授、Prof. Eckhard Boles、任毅研究员、李仁研究员、黄芸副教授、刘欢博士、张振贤教授、阮勇凌教授的支持与帮助。
王绍辉、赵文超教授课题组长期聚焦设施番茄逆境响应机制与调控策略的系统性研究。近年来，团队在植物科学领域国际顶尖期刊发表了一系列高水平研究成果，相关研究围绕根结线虫侵染、灰霉病胁迫、干旱及盐渍等设施番茄主要逆境因子，通过多组学整合分析与功能验证，系统揭示了番茄在生物与非生物胁迫下的信号转导网络、代谢调控通路，为设施番茄抗逆品种选育及环境调控技术研发提供了重要理论依据与分子靶标。团队教师表示，将在学校党委坚强领导下，紧密围绕“落实教育强国建设纲要，推动学校事业高质量发展”主题主线，以“实干创先年”为抓手，继续围绕番茄设施栽培品质提升、抗逆增产，开展技术开发以及种质创新的研究，不断产出高水平科研成果，大力培养知农爱农新型人才，为加快建设国内一流国际知名都市农林特色高水平应用型大学作出积极贡献。
