Palmitoleinsäure als koordinierendes Molekül zwischen dem invasiven Kiefernfadenwurm und seinen neu assoziierten Pilzen

Das ISME Journal (2023)Zitieren Sie diesen Artikel

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Symbiotische Mikroorganismen sind auf der Körperoberfläche oder im inneren Gewebe von Wirbellosen allgegenwärtig und bieten ihnen Vorteile. Die Entwicklung symbiotischer Beziehungen erfordert die Synchronisierung der Entwicklungsstadien und die physische Nähe der Partner. Daher ist die Identifizierung von Metaboliten, die die Reproduktion symbiotischer Partner koordinieren, von entscheidender Bedeutung. Diese Studie zeigt, dass Palmitoleinsäure (C16: 1) die bilaterale Ausbreitung koordiniert, indem sie die Synchronisation der Fortpflanzung zwischen dem invasiven Kiefernnematoden (PWN) und seinem neu assoziierten Bläuepilz Sporothrix sp.1 reguliert. Wenn sich der Fadenwurm mit Sporothrix sp.1 ernährte, kam es zu einem signifikanten Anstieg der Genexpression des Lipidstoffwechsels und der Metabolitenhäufigkeit. Durch weitere Untersuchungen wurde eine signifikante Verbesserung der Reproduktion des PWN durch den direkten Erwerb von C16:1 hervorgehoben, das in Sporothrix sp.1 reichlich vorhanden war. Darüber hinaus biosynthetisierte der PWN C16:1 durch die Beteiligung des Stearoyl-CoA-9-Desaturase-Gens fat-5 und seines Hormon-Kernrezeptors nhr-80, was nachweislich die Eiablagekapazität von Weibchen fördert. Darüber hinaus ist es erwähnenswert, dass die Produktion von C16:1 durch den assoziierten Pilz Sporothrix sp.1 deutlich höher war, um die Sporulation während der Sporenbildungsphase im Vergleich zur Hyphenwachstumsphase zu fördern. Durch die Koordinierung der Fruchtbarkeit und der Sporenproduktion erleichtert der wichtige Lipidmetabolit C16:1 die schnelle und erfolgreiche Besiedlung einer für beide Seiten vorteilhaften symbiotischen Beziehung zwischen dem invasiven PWN und dem nativen Sporothrix sp.1 im Wirt. Dieser Befund unterstreicht die bedeutende Rolle der gemeinsamen Nutzung von Metaboliten und ihre Funktion bei der Förderung der Partnersynchronisation innerhalb symbiotischer Beziehungen.

Symbiotische Mikroben sind weit verbreitet und kommen nicht nur auf der Körperoberfläche, sondern auch im Darm und in der Bluthöhle assoziierter Wirbelloser vor. Diese Mikroben versorgen die Partner mit zusätzlicher Nahrungsaufnahme, Wachstum, Entwicklung und Krankheitserregerresistenz [1, 2]. Studien haben gezeigt, dass assoziierte Bakterien Aminosäuren synthetisieren, Stickstoff binden und Zellulose abbauen und so ihren symbiotischen Partnern wie Ameisen, Blattläusen und Kakerlaken Nahrung und Energie liefern [3,4,5,6]. Einige symbiotische Bakterien wie Pseudomonas und Streptomyces können auch Polyketidtoxine und Antibiotika produzieren, um ihre Partner vor pathogenen Mikroben und Raubtieren zu schützen [7, 8]. Dementsprechend haben einige Insekten eine Reihe von Strategien entwickelt, um ihre primären assoziierten Pilze wie Mycangia zu schützen, zu übertragen und zu übertragen [9, 10]. Diese Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Wirbellosen haben sich über Millionen von Jahren der Evolution gebildet und bestehen fort [11]. Der Aufbau einer symbiotischen Beziehung erfordert die Entwicklungskonsistenz symbiotischer Partner, die sich zeitlich und räumlich überschneiden. Der Hauptschwerpunkt der Forschung lag jedoch auf der Untersuchung gut etablierter symbiotischer Beziehungen, und der Prozess der Etablierung neuer symbiotischer Beziehungen bleibt relativ unklar.

Tatsächlich zeigen invasive Arten häufig die Fähigkeit, schnell neue symbiotische Assoziationen mit einheimischen Arten aufzubauen, und übernehmen dadurch eine herausragende Funktion bei der Linderung des Engpasseffekts, dem kleine Populationen des Eindringlings ausgesetzt sind [1, 12]. Die symbiotischen Mikroorganismen dienen als geeignete Partner für invasive Arten und sind ein günstiger Faktor für deren erfolgreiche Besiedlung [13]. Beispielsweise können einige Gehölze nicht erfolgreich eingeführt werden, ohne Ektomykorrhiza-Assoziationen mit Bodenpilzen zu bilden [14]. Umgekehrt können invasive Organismen ihre Etablierung beschleunigen, wenn sie in einer neu eingedrungenen Region auf einen neuen nützlichen Symbiospartner treffen [15, 16]. Beispielsweise ging nach der Invasion Chinas der in Nordamerika beheimatete Kiefernfadenwurm (PWN) schnell eine neue Symbiose mit dem einheimischen Bläuepilz Sporothrix sp.1 ein. Dies steigerte die Fortpflanzungsfähigkeit des Fadenwurms und erleichterte seine erfolgreiche Kolonisierung in der neuen ökologischen Umgebung [17]. Darüber hinaus könnten invasive Organismen die Ausbreitung neu assoziierter Pilzpartner in den befallenen Regionen weiter fördern und eine wichtige ökologische Nische besetzen [15, 16]. Die Metaboliten, die die Lebenszyklen der assoziierten Partner in Zeit und Raum bilateral koordinieren, wenn eine neue symbiotische Interaktion erforscht werden soll.

Der gesamte pathogene Zyklus des Kiefernfadenwurms beruht auf komplizierten Interaktionen mit seinen symbiotischen Partnern, insbesondere symbiotischen Pilzen [18,19,20,21]. Der Kiefernfadenwurm dringt oft über die jungen Äste in neue gesunde Wirtskiefern ein, zusammen mit assoziierten Mikroorganismen, insbesondere ophiostomatoiden Bläuepilzen. Anschließend wachsen diese Pilze schnell und breiten sich entlang des Kiefernstamms aus, wodurch die Vermehrung und Wanderung des Kiefernfadenwurms von der Baumkrone zur Stammbasis beschleunigt wird. Mit fortschreitendem Befall nimmt das Nährstoffangebot für Kiefernfadenwurm in der Kiefer ab. Die Sporen der ophiostomatoiden Pilze werden zur Hauptnahrungsquelle für die Population des Kiefernfadenwurms und führen zu einer Blaufärbung des Xylems [20,21,22]. Diese Studie konzentrierte sich auf die Erforschung des symbiotischen invasiven Systems zwischen PWNs und S. sp. 1. Unser Ziel war es, die Metaboliten aufzudecken, die die Reproduktionsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit beider Organismen koordinieren. Der Schlüsselmetabolit Palmitoleinsäure (C16:1) wurde durch die Anwendung genomischer, transkriptomischer und metabolomischer Analysen sowie biochemischer und molekularbiologischer Techniken erfolgreich identifiziert. Diese Studie ist eine theoretische Erweiterung von Nährstoffmetaboliten zur Etablierung eines neuen symbiotischen Systems des theoretischen Paradigmas der symbiotischen Invasion. Es bietet auch einen Rahmen für die Untersuchung der Nährstoffmetaboliten und biologischen Eigenschaften einer verbesserten Fruchtbarkeit.

Das Flussdiagramm des experimentellen Designs in dieser Studie ist in Abb. 1A dargestellt. PWN-Isolate aus China (CNPWN) und Nordamerika (USPWN) wurden aus Zhashui, Shaanxi, China bzw. Pennsylvania, USA, bezogen. Die Isolate wurden auf 2 % Malzextrakt-Agar (MEA) mit zwei blaufärbenden Pilzen bei 25 °C kultiviert. Die Pilze wurden eine Woche lang auf 2 % MEA bei 25 °C und 80 % Luftfeuchtigkeit gezüchtet. S. sp. 1 ist eine lokale chinesische Art von Blaufleckenpilzen aus der Gruppe der Ophiostomatoiden, während Ophiostoma ips sowohl in China als auch in Nordamerika eine häufige Art ist. Belegexemplare wurden in der Kultursammlung (CMW) des Forestry and Agricultural Biotechnology Institute (FABI) der Universität Pretoria, Südafrika, hinterlegt. Es wurden ein Fettsäure-Ergänzungsmedium und ein Xylem-Pulvermedium hergestellt und die Experimente wurden gemäß den ergänzenden Methoden durchgeführt.

A Das experimentelle Designdiagramm. B Häufigkeit von CNPWN, kontinuierlich kultiviert auf zwei Blaufleckenpilzen für die 0., 5., 20. und 40. Generation, und 10 Nematoden wurden in jede Schale geimpft, mit 10 Wiederholungen für jede Behandlung. *, **, **** stehen für einen signifikanten Unterschied unter p < 0,05, p < 0,01 bzw. p < 0,0001 [Student-t-Test]. C Die Sterblichkeitsrate von Kiefernfadenwurmarten mit zwei Bläuepilzen auf Pinus thunbergii wurde bewertet, wobei eine Behandlung auf 10 Bäume und 3 Wiederholungen für jede Behandlung angewendet wurde. * stehen für einen signifikanten Unterschied unter p < 0,05 [Student-t-Test]. D Populationswachstum von PWN in P. thunbergii, mit 10 Wiederholungen für jede Behandlung. *** stehen für einen signifikanten Unterschied unter p < 0,001 bzw. [Student-t-Test]. E Verteilung von KEGG-Funktionsgruppen innerhalb hochregulierter Gene in PWNs, die kontinuierlich auf Sporothrix kultiviert werden. sp.1 und Ophiostoma ips für 40 Generationen. F Koexpressionsnetzwerk (r ≥ 0,8) von Genen, die in S. sp. stark exprimiert werden. 1-kultivierte PWNs. Linien, die Gene verbinden, weisen auf eine korrelierte Expression hin; Funktionelle Anmerkungen: Beteiligt an der Fortpflanzung (gelb gefüllt), Fettstoffwechselprozess (orange gefüllt). G-Fettstoffwechselwege mit Genen, die in der RT-qPCR verwendet werden. H Genexpressionsprofile von Genen im Lipidstoffwechsel, behandelt mit zwei Blaufleckpilzen, basierend auf RT-qPCR. [n = 5; *p < 0,05; **p < 0,01; ****p < 0,0001; Student-T-Test].

Zwei Arten von Bläuepilzen, S. sp. 1 und O. ips wurden in 2 % MEA kultiviert. Jede Schale (90 mm Durchmesser) wurde mit 10 PWNs (5 Männchen und 5 Weibchen) inokuliert, suspendiert in 40 μl sterilem Wasser, nachdem die Pilze in der Schale gewachsen waren. Die Nematoden wurden dann bei 25 °C im Dunkeln inkubiert und bei Generation 0, dann nach 5, 20 und 40 Generationen unter Verwendung der Baermann-Trichtermethode gezählt, um Veränderungen in der Fruchtbarkeit zu messen [23].

Zwei bis drei Jahre alte Pinus thunbergii-Setzlinge wurden von einer Feldfläche in Töpfe in einem Gewächshaus (25 °C und 40 % Luftfeuchtigkeit mit einer Photoperiode von 10 L:14 D) verpflanzt. Jede der zehn Kiefern wurde mit etwa 1000 Kiefernwurzarten geimpft, die auf zwei Blaufleckenpilzen kultiviert wurden, mit drei Wiederholungen pro Behandlung [24]. Nach 20 Tagen wurde der Anteil verwelkter Schwarzkiefernsämlinge erfasst und die Gesamtzahl der Nematoden pro Sämling durch Sammeln von Nematoden aus kleinen Stammabschnitten mit der Baermann-Trichtermethode bestimmt. Die Anzahl der Nematoden pro Gramm Trockengewicht des Sämlings wurde anhand der getrockneten Holzspäne berechnet. (n = 10).

Die RNA-Extraktion, die RNA-seq-Analyse, die cDNA-Synthese und die qRT-PCR folgten dem in den ergänzenden Methoden beschriebenen Protokoll. Die Ergänzungstabelle S1 enthält die in dieser Studie verwendeten Primer. Sowohl CNPWN- als auch USPWN-Stämme wurden 40 Generationen lang kontinuierlich auf Kolonien jedes der beiden Pilze kultiviert. Die Nematoden der 40. Generation wurden durch Kombination gemischter Nematoden hergestellt. Transkriptomsequenzierung und qRT-PCR wurden an mit C16:1 und Ölsäure (C18:1) ergänzten PWNs unter Verwendung des in den ergänzenden Methoden beschriebenen Protokolls mit drei biologischen Replikaten durchgeführt. Die RNA-seq-Daten von PWNs in verschiedenen Lebensstadien wurden aus der SRA-Datenbank von NCBI (PRJNA798902) abgerufen und mit denselben Methoden analysiert, die in den ergänzenden Methoden beschrieben sind.

Lipide wurden durch Anfärben von Nematoden mit Oil-Red O (Sigma, Missouri, USA) und Pilzen mit Bodipy (D3922, Molecular Probes, Carlsbad, Kalifornien, USA) sichtbar gemacht. Um sicherzustellen, dass die Anzahl der Pilzhyphen und -zellen im Sichtfeld ungefähr gleich war, wurden Hellfeldbilder und Zellkernbilder gefärbt mit 4,6-Diamidino-2-phenylindol (DAPI, Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, USA). wurden separat erfasst. Die Proben wurden gesammelt und zwei- oder dreimal mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (1 × PBS) gewaschen und 2 Stunden lang in Oil-Red O- oder Bodipy-Lösung bei Raumtemperatur inkubiert. Nach zwei oder drei Wäschen mit 1 × PBS wurden die Proben auf Objektträger montiert. Die Nematoden wurden mittels Differential-Interferenz-Kontrast-Mikroskopie (DIC) (Olympus, BX51) bei 10-facher Vergrößerung untersucht. Pilze wurden unter einem konfokalen Zeiss LSM 710-Mikroskop bei 63-facher Vergrößerung mit einer Anregungswellenlänge von 493 nm und einer Emissionswellenlänge von 503 nm untersucht.

Die Nematoden und Pilze wurden in 100 μl 1 × PBS mit 0,5 % Tween-20 homogenisiert und 5 Minuten bei 70 °C inkubiert. Den Proben wurde Triglyceridreagenz (Sigma) zugesetzt und sie wurden 30 Minuten lang bei 37 °C inkubiert. Nach der Zentrifugation wurden die Proben auf 96-Well-Platten übertragen und mit freiem Glycerinreagenz (Sigma) 5 Minuten lang bei 37 °C inkubiert. Abschließend wurden die Proben mit SpectraMax Plus384 bei einer Wellenlänge von 540 nm untersucht.

Um die Unterschiede in den FAs zwischen zwei Blaufleckenpilzen und von diesen Pilzen behandelten PWNs zu untersuchen, verwendeten wir etwa 5 mg Pilze oder 10.000 Nematoden. Die Proben wurden in flüssigem Stickstoff eingefroren und in einer 2 % H2SO4/98 % Methanollösung (1 ml) gemahlen. Anschließend wurden die Proben mit einem Deckel verschlossen und 1 Stunde bei 80 °C inkubiert. Nach Zugabe von 0,3 ml Hexan und 1,5 ml H2O wurden die Fettsäuremethylester durch Schütteln in die Hexanschicht extrahiert und anschließend 10 Minuten bei 5000 × g zentrifugiert. Wir analysierten die organischen Phasenproben mit einem massenselektiven Detektor (GC/MS) 6890 N GC-5973N von Agilent Technologies. Die Massenspektrometrie wurde gemäß den in den ergänzenden Methoden beschriebenen Methoden durchgeführt.

Zwei blaufärbende Pilze (S. sp. 1 und O. ips) wurden in einem 2 % MEA-Medium kultiviert und wir fügten verschiedene Arten von FAs hinzu, die in den ergänzenden Methoden beschrieben sind. Zehn PWNs (männlich: weiblich = 5:5), suspendiert in 40 μl sterilem Wasser, wurden in die Mitte jeder Schale (12 Wiederholungen) geimpft, nachdem die Pilze über die gesamte Schale (60 mm Durchmesser) gewachsen waren. Die Nematoden wurden eine Woche lang in einem dunklen Inkubator bei 25 °C platziert, wobei die Baermann-Trichter-Trennmethode verwendet wurde, um die Veränderung der Fruchtbarkeit zu berechnen [23].

Um die Absorption von C16:0 und die Biosynthese von C16:1 zu untersuchen, wurde ein stabiles Isotop von C16:0 (31D-C16:0) verwendet. S. sp. 1 und O. ips wurden in 2 % ME (20 g Malzextrakt und 1 l entionisiertes Wasser), versetzt mit 1 mM 31D-C16: 0 und 0,1 % Tergitol-Detergens (Typ NP-40, Sigma-Aldrich), eine Woche lang kultiviert. Kiefernfadenwurmarten wurden auf der Petrischale mit Botrytis cinerea kultiviert. Markierte Fettsäuren wurden gleichmäßig auf der Pilzmatte verteilt, wie in den ergänzenden Methoden beschrieben. Sammlung, Extraktion und Nachweis von PWNs und ihren FAs werden ebenfalls in den ergänzenden Methoden beschrieben. Die markierten Ionen sind m/z: 301 für 31D-C16: 0 und 297 für 29D-C16: 1.

Die doppelsträngige RNA-Synthese wurde wie zuvor beschrieben durchgeführt. Kurz gesagt wurde eine PCR unter Verwendung der cDNA-Proben als Matrizen durchgeführt, um 300 bp nhr-80- und fat-5-spezifische Fragmente zu erzeugen, wobei sowohl Sense- als auch Antisense-Primer (Tabelle S1) verwendet wurden, die mit T7-Phagen-Promotorsequenzen fusioniert waren. Die Synthese von dsRNA wurde durch gleichzeitige Transkription beider Stränge der Matrize durch das T7 RiboMAXTM Express RNAi System (Promega, USA) erreicht.

Die Nematoden wurden gesammelt und mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung mit Tween-Puffer (1 × PBST) gewaschen. Für jede Reaktion wurden etwa 10.000 Nematoden in einem Endvolumen von 50 μl in dsRNA eingeweicht. Kontrollproben wurden in dsRNA des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) getränkt. Um die FAs in der Lösung aufzulösen, wurde Tergitol wie zuvor beschrieben hinzugefügt. Alle eingeweichten Proben wurden 48 Stunden lang in einem Orbitalschüttler bei 175 U/min und 20 °C inkubiert. Nach dem Einweichen wurden die Nematoden dreimal mit doppelt destilliertem Wasser gewaschen. Die Nematoden wurden nach Geschlecht sortiert und die Experimente wurden fortgesetzt, bis keine Eier mehr gelegt wurden. Zwölf erwachsene Tiere (♀:♂ = 3:1) wurden in Mikrotitervertiefungen mit 150 μL ddH2O inkubiert. Die gelegten Eier wurden nach dreitägiger Inkubation bei 25 °C (6 Wiederholungen) bei Raumtemperatur gezählt.

Eine vergleichende metabolomische Analyse von S. sp. 1 und O. ips wurde durchgeführt, um den Ursprung von FAs in Kiefernfadenwurmarten zu ermitteln. Metabolitenextraktionen, LC-MS/MS-Detektion, Datenverarbeitung, Metabolitenanmerkung und Anreicherung wurden wie in den ergänzenden Methoden beschrieben durchgeführt. In dieser Studie wurden sechs biologische Replikate verwendet.

Um die Wirkung von FAs auf das Wachstum und die Fruchtbarkeit von Pilzen zu untersuchen, haben wir 1 mM verschiedener Arten von FAs ausgewählt, um die Wirkung auf die Wachstumsrate, das Trockengewicht, die Verzweigung und die Sporulation von Pilzen zu bewerten. Die Vorbereitung des Mediums und die Experimente wurden wie in den ergänzenden Methoden beschrieben durchgeführt. Darüber hinaus ist der FAs-Unterschied von S. sp. 1 zwischen dem Hyphenwachstumsstadium (3 Tage nach der Inokulation) und dem Sporenbildungsstadium (14 Tage nach der Inokulation) wurde mithilfe von GC/MS verglichen, wie in den ergänzenden Methoden beschrieben.

In dieser Studie untersuchten wir die Wirkung von zwei Bläuepilzen, S. sp. 1 und O. ips, über die Fruchtbarkeit von PWNs (S. sp. 1 + PWNs und O. ips + PWNs). Auf jedem Pilz wurden über mehrere Generationen Nematodenstämme aus China (CNPWNs) und Nordamerika (USPWNs) kultiviert. Unser Befund zeigte, dass S. sp. 1 hat im Vergleich zu O. ips einen signifikant positiven Effekt auf die Fruchtbarkeit von Kiefernfadenwurmarten, und dieser Effekt nimmt mit der Anzahl der Generationen in der Kultur zu.

Für CNPWNs betrug die PWN-Zahl pro Petrischale, die in den Generationen 0, 5, 20 und 40 auf O. ips kultiviert wurde, 2771, 2117, 2435 bzw. 2310. Allerdings ist die PWN-Anzahl pro Petrischale, die auf S. sp. kultiviert wurde, höher. 1 waren 2850, 3572, 3950 bzw. 8655. Die statistische Analyse ergab signifikante Unterschiede zwischen den beiden Gruppen (5. Generation: df = 9,0, t = 2,5, p < 0,05; 20. Generation: df = 13,4, t = 3,7, p < 0,01; 40. Generation: df = 9,2, t = 6,5). , p < 0,0001) (Abb. 1B). In ähnlicher Weise betrug die PWN-Anzahl pro auf O. ips kultivierter Petrischale für USPWNs 1815, 1810, 1995 bzw. 2015, während für S. sp. 1 + PWN, die PWN-Nummer war 2550, 3050, 3300 bzw. 6000. Die statistische Analyse ergab signifikante Unterschiede zwischen den beiden Gruppen (0. Generation: df = 14,0, t = 2,2, p < 0,05; 5. Generation: df = 11,7, t = 3,5, p < 0,01; 20. Generation: df = 18, t = 2,3). , p < 0,05; 40. Generation: df = 18, t = 6,0, p < 0,0001) (Abb. S1).

In dieser Studie untersuchten wir den Einfluss einer kontinuierlichen Kultur von Fadenwurz auf verschiedene Pilze auf deren Pathogenität. Nach 40 Generationen kontinuierlicher Kultur auf einem mit S. sp. beimpften Medium. 1 zeigten Kiefernpilze eine Welkerate von 91,67 % bei Kiefernsämlingen. Im Gegensatz dazu zeigte der PWN nach 40 Generationen kontinuierlicher Kultur auf einem O. ips-Medium eine Welkerate von 62,5 % bei Kiefernsämlingen (df = 3,2, t = 3,5, p < 0,05) (Abb. 1C). Darüber hinaus wurden auf S. sp. kultivierte PWNs kultiviert. 1 produziert und auf Kiefernsämlingen vermehrt und produzierte 2912,9 Nachgenerationen, während der auf O. ips kultivierte PWN 1599,6 Nachkommen hervorbrachte (df = 17,7, t = 4,5, p < 0,001) (Abb. 1D). Diese Ergebnisse zeigen, dass S. sp. 1 kann sowohl die Fruchtbarkeit als auch die Pathogenität von PWNs im Wirt P. thunbergii erhöhen.

In dieser Studie haben wir die Auswirkungen von S. sp. analysiert. 1 zur Genexpression von PWN. Wir haben beobachtet, dass die CNPWN-Behandlung mit S. sp. 1 führte zu 170 hochregulierten Genen (S. sp. 1 > O. ips) und 212 herunterregulierten Genen (S. sp. 1 < O. ips); Ebenso USPWN-Behandlung mit S. sp. 1 führte zu 440 hochregulierten Genen (S. sp. 1 > O. ips) und 197 herunterregulierten Genen (S. sp. 1 < O. ips) (Abb. S2). Die KEGG-Analyse der funktionellen Anreicherung dieser Gene ergab, dass neben der Hochregulierung von Signalwegen im Zusammenhang mit der Fortpflanzung, wie der Oozytenmeiose und dem Oxytocin-Signalweg, auch einige Wege im Zusammenhang mit dem Nährstoffstoffwechsel signifikant angereichert waren (z. B. Insulin-Signalweg, Alkoholismus, Fett). Säureabbau und Glykolyse/Glukoneogenese) (Abb. 1E).

Fortpflanzung und Ernährung sind eng miteinander verbunden. Die Nährstoffversorgung spielt eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung von Energie für die Fortpflanzung. Auch reproduzierende Organismen können gespeicherte Energie mobilisieren, um die Stoffwechseleffizienz zu verbessern. Um die zugrunde liegenden Faktoren zu untersuchen, die für die erhöhte Pathogenität von PWN verantwortlich sind, führten wir eine positive Koexpressionsanalyse dieser differentiellen Gene durch und fanden sehr ähnliche positive Korrelationen in den Expressionsprofilen von Genen, die mit der Reproduktion und dem Lipidstoffwechsel in S. sp. zusammenhängen. 1-behandeltes CNPWN und USPWN (Abb. 1F). Daher legen unsere Ergebnisse nahe, dass S. sp. 1 kann die Fruchtbarkeit von Fadenwurz durch Hochregulierung der Lipidstoffwechselgene erhöhen.

Um die Auswirkungen von S. sp. besser zu verstehen. Um die Fruchtbarkeit von PWN zu untersuchen und wesentliche beteiligte Gene oder Verbindungen zu identifizieren, führten wir eine Genomsuche durch, um PWN-Gene zu identifizieren, die mit dem Lipidstoffwechsel assoziiert sind (Abb. 1G). Ähnlich wie C. elegans enthalten Fadenpilze verschiedene Lipidklassen wie TAG, FAs und Phospholipide und besitzen Gene, die an der Synthese und dem Abbau dieser Lipide beteiligt sind. Bemerkenswert ist, dass PWN im Gegensatz zu C. elegans nur ein Delta-9-Fettsäure-Desaturase-Gen, Fat-5, haben, während C. elegans drei hat, Fat-5, Fat-6 und Fat-7 [25]. Darüber hinaus fehlt dem Fadenwurm das Omega-3-Fettsäure-Desaturase-Gen Fat-1 [26]. Im Gegensatz zu C. elegans, das über ein einzelnes Gen für Fett-2 verfügt, das die Umwandlung von einfach ungesättigten Fettsäuren (MUFAs) in mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) initiiert, verfügen PWN über drei solcher Gene: Fett-2.1, Fett-2.2 und Fett-2.2. 2.3 [27]. Die RT-qPCR-Analyse ergab, dass S. sp. Mit O. 1 behandelter PWN zeigte eine signifikant geringere Expression von Fett-5, die im Vergleich zum mit O. ips behandelten PWN um das 0,09-fache herunterreguliert war (df = 4,0, t = -7,3, p < 0,01). Darüber hinaus wurden die Expressionsniveaus von Fett-2.2 und Fett-2.3 im Vergleich zu den Kontrollen um das 7,52- bzw. 6,02-fache erhöht, was statistisch signifikant war (df = 5,0, t = 8,0, p < 0,0001; df = 4,2, t). = 7,6, p < 0,01) (Abb. 1H). Insgesamt legen diese Ergebnisse nahe, dass FAs, insbesondere MUFAs oder die damit verbundenen Gene, für die Fortpflanzungsfähigkeit von S. sp. von entscheidender Bedeutung sein könnten. 1-behandelte PWNs.

Lipide werden hauptsächlich in LDs in Form von TAGs von Nematoden bis hin zu Säugetieren gespeichert. In dieser Studie wurde der Lipidgehalt durch Anfärben von LDs mit Ölrot und Messen von TAGs verglichen. Die Ergebnisse der LD-Färbung zeigten eine höhere Dichte an LDs in mit S. sp. kultivierten PWNs. 1 als O. ips (Abb. 2A). Dementsprechend wurden auf S. sp. kultivierte PWNs kultiviert. 1 zeigte einen etwa viermal höheren relativen TAG-Gehalt im Vergleich zu auf O. ips kultivierten PWNs, unabhängig von CNPWN und USPWN (df = 5,0, t = 2,7, p < 0,05; df = 5,2, t = 2,5, p < 0,05) (Abb. 2B). Diese Ergebnisse legen nahe, dass auf S. sp. kultivierte PWNs. 1 könnte aufgrund der erhöhten Lipidansammlung mehr Energie für verschiedene biologische Aktivitäten erhalten haben.

Ein Fettgehalt, sichtbar gemacht durch Oil-Red-O-Färbung. Nematoden wurden wie in Materialien und Methoden beschrieben gezüchtet und behandelt. Die Färbung wurde an weiblichen Nematoden durchgeführt und unter einem DIC-Mikroskop fotografiert. Rot zeigt Lipid an. B Die relativen TAG-Werte zwischen zwei Blaufleckenpilzen, die mit CNPWN und USPWN kultiviert wurden. [n = 5; *p < 0,05; Student-T-Test]. C Der relative Fettsäuregehalt zwischen zwei CNPWN-kultivierten Blaufleckenpilzen [n = 6; *p < 0,05; ****p < 0,0001; Student-T-Test]. D Fruchtbarkeit von Kiefernfadenwurm bei unterschiedlicher Nahrungsergänzung mit Fettsäuren (n = 12). Beschriftungen mit unterschiedlichen Buchstaben unterscheiden sich bei p < 0,05 signifikant (ANOVA, Tukeys Mehrfachvergleichstest).

Darüber hinaus haben wir die FFAs-Zusammensetzung von PWNs, die auf zwei Blaufleckenpilzen kultiviert wurden, durch GC/MS bestimmt und festgestellt, dass sie hauptsächlich aus SFAs (C16: 0 und Stearinsäure: C18: 0), MUFAs (C16: 1 und C18) bestand : 1) und PUFAs (Linolsäure: C18: 2). Die in S. sp. kultivierten CNPWNs. 1 hatte im Vergleich zur Kontrollgruppe höhere Werte an FFAs, insbesondere C16:1 und C18:1, mit einem 1,4- bzw. 3,9-fachen Anstieg (df = 10, t = 2,5, p < 0,05; df = 10, t =). 6,9, p < 0,0001) (Abb. 2C). Darüber hinaus beträgt der C16:1-Spiegel das 1,7-fache der in S. sp. kultivierten USPWNs. 1 im Vergleich zur Kontrollgruppe (df = 7,7, t = 3,4, p < 0,05) (Abb. S3). Bemerkenswerterweise haben wir im vorherigen Abschnitt festgestellt, dass die Expression von Fett-5, das für die Synthese von MUFAs kodiert, in PWNs, die in S. sp. kultiviert wurden, herunterreguliert war. 1, während die Expression von Fett-2.2 und Fett-2.3, die an der Umwandlung von MUFAs in PUFAs beteiligt sind, hochreguliert wurde (Abb. 1G). Diese Ergebnisse legen nahe, dass die hohen MUFA-Werte in S. sp. 1-kultivierte Kiefernfadenwurmarten können möglicherweise nicht der Biosynthese, sondern der Nahrungsaufnahme oder anderen Wegen zugeschrieben werden.

Um die mögliche Rolle von FAs bei der Steigerung der Fertilität von Fadenwurm zu untersuchen, haben wir dem Medium zweier Pilze verschiedene Arten von FAs zugesetzt. Unsere Forschungsergebnisse zeigen, dass die Zugabe von C16:1 an S. sp. 1 erhöhte die PWN-Zahl von 1825 auf 2779 pro Petrischale; In ähnlicher Weise erhöhte die Hinzufügung von C16: 1 auf O. ips die PWN-Zahl von 354,2 auf 616,7 (PWNs+S. sp. 1: F8, 99 = 14,9, p < 0,05; PWNs+O. ips: F8, 99 = 62,7 , p < 0,05 ANOVA, Tukey-Test) (Abb. 2D). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Ergänzung mit C16:1 die Fruchtbarkeit von Kiefernfadenwurm verbessert.

Neben der Aufnahme über die Nahrung ist die De-novo-Synthese ein wichtiger Weg zur Aufnahme von FAs. Um die Rolle von C16:1 bei der Reproduktion von Fadenwurm weiter zu untersuchen, verglichen wir die Expressionsprofile von Lipidstoffwechselgenen in Fadenwurm in verschiedenen Lebensstadien. Wir fanden heraus, dass die meisten Lipidstoffwechselgene im Larvenstadium stark exprimiert werden, dgat-2 und der Kernhormonrezeptor nhr-80, die mit dem TAG- bzw. MUFA-Gehalt assoziiert sind, jedoch im Erwachsenenstadium, insbesondere bei Weibchen, stark exprimiert werden ( Abb. 3A). Es wurde gezeigt, dass Fett-5 ein Hauptziel von nhr-80 in C. elegans ist, das zu Säugetier-HNF-4 homolog ist, und die Entsättigung von SFAs zu MUFAs regulieren kann, indem es die Expression von Fett-5 moduliert [28, 29]. Wir fanden heraus, dass die Promotorregion des Fat-5-Gens in PWN die mutmaßliche HNF4-Bindungsdomäne CAAAGTCCA enthält (Tabelle S2, Abb. S4A). Zusätzlich verglichen wir die Expression von nhr-80 und fat-5 zwischen Männern und Frauen mithilfe von qRT-PCR und stellten fest, dass das Expressionsniveau von nhr-80 bei Männern 0,68 des Niveaus bei Frauen beträgt (df = 7, t = 3,0, p < 0,05) und Fett-5 beträgt bei Männern 0,46 von dem bei Frauen (df = 8, t = 7,0, p < 0,0001) (Abb. S4B). Der C16:1-Gehalt weiblicher und männlicher Fadenwurmarten wurde mithilfe einer GC/MS-Analyse weiter bestimmt und ergab eine höhere Konzentration von C16:1 in weiblichen Fadenwurmarten (Abb. S4C). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die an der Biosynthese von C16:1 beteiligte Genexpression bei weiblichen Nematoden aktiver ist, was auf eine mögliche Beteiligung am Fortpflanzungsprozess von Fadenwurmarten schließen lässt.

A Expressionsmuster von Lipidstoffwechselgenen in verschiedenen Lebensstadien von Fadenwurm. B Biosynthese und Aufnahme von C16:1 durch PWNs. Nachweis von C16: 0 und C16: 1 von PWNs durch GC/MS mit Zusatz von C16: 0 oder C16: 1. C-Biosynthese von C16: 1 durch PWNs. Nachweis von 29D-markiertem C16: 1 (m/z 298,6) durch GC/MS in PWNs, die mit 31D-markiertem C16: 0 (m/z 301,6) gefüttert wurden. D Relative C16: 1 PWN-Spiegel nach RNAi durch Einweichen von dsnhr-80, dsfat-5 und dsGFP (Kontrolle) (n = 6). **p < 0,01; ****p < 0,0001; Schüler-T-Test. E Die Fruchtbarkeit wurde nach RNAi männlicher und weiblicher PWNs (6 Replikationen) durch getrenntes Einweichen mit dsnhr-80 und dsGFP (Kontrolle) bewertet. ****p < 0,0001; Schüler-T-Test. Die Fruchtbarkeit von F wurde nach RNAi männlicher und weiblicher PWNs (6 Replikationen) durch getrenntes Einweichen mit dsfat-5 und dsGFP (Kontrolle) bewertet. **p < 0,01; Schüler-T-Test. G Verteilung der GO-Funktionsgruppen innerhalb hochregulierter Gene in mit C16 behandelten PWNs: 1, p-Anpassung < 0,05. H Expressionsmuster von Genen des Insulinrezeptor-Signalwegs, behandelt mit S. sp. 1 und O. ips von PWN basierend auf RT-qPCR. I Expressionsmuster von Genen des Insulinrezeptor-Signalwegs, die mit C16:1 und C18:1 von PWN behandelt wurden, basierend auf RT-qPCR.

Um die Fähigkeit von PWN zu bestätigen, MUFAs durch direkte Fütterung und Biosynthese zu erhalten, ergänzte die vorliegende Studie das Medium mit C16:0 und C16:1, um PWNs zu kultivieren. Insbesondere zeigten mit C16:1 ergänzte PWNs einen signifikanten Anstieg ihres C16:1-Gehalts. Zusätzlich konnten mit C16:0 gefütterte Kiefernfadenwurm zusätzliches C16:1 produzieren (Abb. 3B).

Um zusätzliche Beweise für die Fähigkeit von PWNs zur Produktion von C16:1 zu liefern, markierten wir 31D-C16:0 und beurteilten, ob die Markierung in C16:1 integriert wurde. Die GC/MS-Analyse ergab das Vorhandensein von 29D-C16:1 in PWNs ( Abb. 3C).

Die Fähigkeit von PWN, C16:1 durch Biosynthese umzuwandeln, und die hohe Expression dieser Gene bei Frauen wurden bereits nachgewiesen. Um weiter zu untersuchen, wie Fettverbindungen beteiligt sind, führten wir RNAi von nhr-80 und fat-5 an PWNs durch. Unsere Ergebnisse zeigten, dass sowohl NHR-80- als auch Fett-5-Knockdowns die Expression von Fett-5 und die relative Menge an C16:1 in Nematoden reduzierten (Abb. 3D und S5). Bemerkenswerterweise hatte die RNAi-Behandlung geschlechtsspezifische Auswirkungen auf die Produktion von PWN-Eiern. Für nhr-80 betrug die mittlere Eiproduktion von PWNs sowohl bei Männern als auch bei Frauen, die mit dsGFP behandelt wurden, 41,5. Wenn jedoch nur Männchen mit dsnhr-80 behandelt wurden, verringerte sich die mittlere Eiproduktion auf 34 (df = 10, t = 2,1, p = 0,06), während die Eiproduktion bei mit dsnhr-80 behandelten Weibchen weiter auf 23,5 sank ( df = 10, t = 7,1, p < 0,0001) (Abb. 3E). Für Fat-5 betrug die durchschnittliche Anzahl der von dsGFP-behandelten PWNs gelegten Eier 41. Bei mit dsfat-5 behandelten Männern sank die durchschnittliche Anzahl jedoch auf 36,7 (df = 10, t = 1,3, p = 0,238) und Bei weiblichen behandelten PWNs sank sie auf 25,7 (df = 10, t = 3,5, p < 0,01) (Abb. 3F). Diese Ergebnisse legen nahe, dass das Fat-5-Gen die C16:1-Umwandlung und die Fruchtbarkeit von PWN-Weibchen reguliert und durch nhr-80 reguliert wird.

Um ein tieferes Verständnis der molekularen Mechanismen zu erlangen, die der erhöhten Fruchtbarkeit von PWN durch C16:1 zugrunde liegen, führten wir eine Transkriptomsequenzierung an PWNs durch, die sowohl mit C16:1 als auch mit C18:1 behandelt wurden. Unsere Ergebnisse zeigten, dass mit C16:1 behandelte PWNs auftraten Hochregulierung und Anreicherung von Genen, die mit dem Lipidkatabolismus, dem Altern und dem Insulinrezeptor-Signalweg verbunden sind (Abb. 3G). Umgekehrt wurden die oben genannten Signalwege durch die Behandlung mit C18:1 nicht aktiviert (Abb. S6). Wir haben die Hochregulierung von Genen, die mit dem Insulinrezeptor-Signalweg assoziiert sind, mithilfe von RT-qPCR an PWNs, die über 40 Generationen mit zwei verschiedenen Pilzen behandelt wurden, sowie an PWNs, die mit zwei verschiedenen MUFAs behandelt wurden, weiter validiert. Diese Ergebnisse zeigten, dass sowohl S. sp. 1 und C16:1 waren in der Lage, Gene hochzuregulieren, die mit dem Insulinrezeptor-Signalweg zusammenhängen (Abb. 3H, I).

Um die Gründe für den höheren Lipidgehalt in S. sp. zu untersuchen. 1-behandelten PWNs als in O. ips-behandelten PWNs und um festzustellen, warum S. sp. 1 ein besserer symbiotischer Partner als O. ips ist, haben wir eine metabolomische Analyse der Metaboliten der beiden Pilze durchgeführt. Mithilfe der Annotations- und Anreicherungsanalyse unterschiedlicher Metaboliten haben wir beobachtet, dass Lipide, Nukleinsäuren, Peptide, sekundäre Pflanzenstoffe, Vitamine und Cofaktoren, die für das Wachstum und die Entwicklung von Organismen wesentlich sind, die Hauptkategorien der von S. sp. produzierten Metaboliten sind. 1 (hochreguliert im Vergleich zu O. ips) (Abb. 4A). Bemerkenswerterweise waren zwei MUFAs, C16: 1 und C18: 1, in S. sp. reichlich vorhanden. 1. Im Gegensatz dazu hatte O. ips einen hohen Gehalt an Verbindungen mit insektizider Wirkung, wie etwa Atrazin, das Nematoden abtöten kann [30], und einige Alkaloide, darunter Trichothecen, erwiesen sich als Wirkstoffe in pflanzlichen Substanzen mit nematizider Wirkung (Abb. S7) [31]. Die interspezifischen Interaktionen zwischen einheimischen symbiotischen Arten und invasiven gebietsfremden Arten sind einer der entscheidendsten Faktoren für die erfolgreiche Besiedlung invasiver gebietsfremder Arten. Insbesondere die Pilzart S. sp. 1 versorgt Kiefernfadenwurm mit relativ hochwertigen Nährstoffen, während O. ips Verbindungen produziert, die für Kiefernfadenwurm schädlich sein können.

Eine Analyse der Hochregulierungs-Metabolitenanreicherung durch S. sp. 1. B Lipidansammlung von zwei Bläuepilzen. Die Myzelien und Konidien wurden mit BODIPY und DAPI (grün: BODIPY, blau: DAPI) gefärbt. C Die relativen TAG-Werte zwischen zwei Bläuepilzen. [n = 5; ***p < 0,001; Student-T-Test]. D Der relative Gehalt an freien Fettsäuren zwischen zwei Bläuepilzen. [n = 5; *p < 0,05; **p < 0,01; ***p < 0,001; Student-T-Test]. E Biosynthese von C16:1 durch S.sp. 1 und O. ips. Nachweis von 29D-markiertem C16: 1 (m/z 298,6) durch GC/MS in Pilzen, denen 31D-markiertes C16: 0 (m/z 301,6) zugesetzt wurde. Die Markierung mit Deuterium erhöht die Retentionszeit des relevanten C16 geringfügig: 1.

Pilze wurden der BODIPY-Färbelösung ausgesetzt, um die TAGs in ihrem Myzel und ihren Konidien anzufärben. Unter dem konfokalen Laser-Rastermikroskop wurde hellgrüne Fluoreszenz beobachtet, die die Myzel- und Konidienzellen punktiert. Die Kerne waren mit DAPI leuchtend blau gefärbt. Myzel wurde im Hellfeld fotografiert. Für die Fotografie wurde ein Sichtfeld mit ähnlichen Zellzahlen ausgewählt und die grüne Fluoreszenz von S. sp. 1 war im Feld dicht verteilt, was auf seinen hohen Fettgehalt hinweist (Abb. 4B). Die Messung des TAG-Gehalts der beiden Pilze ergab, dass S. sp. 1 hatte einen TAG-Gehalt, der etwa doppelt so hoch war wie der von O. ips (df = 8, t = -6,0, p <0,0001) (Abb. 4C).

Darüber hinaus identifizierten wir mithilfe von GC/MS zur Bestimmung des FAs-Gehalts der beiden Blaufleckenpilze eine Reihe von SFAs mit Längen von C16 bis C24, darunter C16: 0, C18: 0, Eicosansäure (C20: 0), Docosansäure (C22: 0) und Ligninsäure (C24: 0); MUFAs waren C16:1 und C18:1; PUFAs waren Hexadecansäure (C16: 2), C18: 2 und Linolensäure (C18: 3). Die relativen Inhalte von C16: 0, C18: 0, C16: 1, C18: 1 und C18: 2 in S. sp. 1 waren 1,81, 1,25, 3,38, 4,52 bzw. 1,45 Mal höher als die in O. ips (df = 7, t = 24,1, p < 0,001; df = 7, t = 5,6, p < 0,01; df = 4,9 , t = 3,1, p < 0,05; df = 7, t = 8,1, p < 0,001; df = 7, t = 2,9, p < 0,05;), wobei C16: 1 und C18: 1 besonders häufig vorkommen (Abb. 4D). ). Um jegliche durch künstliche Medien verursachte Verzerrung des Pilzfettsäuregehalts zu beseitigen, haben wir ein Kiefern-Xylem-Pulvermedium zur Kultivierung der Bläuepilze vorbereitet. Die Ergebnisse zeigten, dass S. sp. 1-kultiviert in Xylem-Pulvermedium enthielt 3,54-mal mehr C16:1 als O. ips (df = 10, t = 5,208, p < 0,0001) (Abb. S8).

Sporothrix. sp. 1 als neuer symbiotischer Pilz für Kiefernfadenwurmarten, lieferte mehr C16:1 für Kiefernfadenwurmarten, was die Fruchtbarkeit deutlich fördern kann. Dies legt nahe, dass die Fähigkeit symbiotischer Pilze, C16:1 zu produzieren, eine entscheidende Rolle für die erfolgreiche Invasion von Kiefernfadenwurmarten in China spielt. Um zu bestätigen, dass S. sp. 1 eine größere Kapazität zur Produktion von C16:1 hat, haben wir zwei Blaufleckenpilze in ME kultiviert, ergänzt mit 31D-C16:0, und untersucht, ob die Markierung in C16:1 eingebaut wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass 29D-C16:1 vorhanden war in beiden Pilzen, wurde aber in größerer Menge in S. sp. gefunden. 1 (Abb. 4E).

FAs sind entscheidende Nährstoffe für das Überleben von Pilzen. Um die Auswirkungen verschiedener FAs auf das Wachstum und die Entwicklung von Bläuepilzen im wechselseitigen Symbiosesystem PWNs-Pilze zu untersuchen, verwendeten wir die Myzelwachstumsrate und das Pilztrockengewicht als Kriterien zur Messung des Wachstums und der Entwicklung von Pilzen. Unsere Ergebnisse zeigten, dass in S. sp. 1-behandelt mit C16:1 betrug die Myzelwachstumsrate nur 68,13 % der Kontrollgruppe (df = 94,2, t = 10,4, p < 0,0001). Bei O. ips, das mit C16:1 behandelt wurde, betrug die Myzelwachstumsrate nur 50,47 % der Kontrollgruppe (df = 103,2, t = 27,6, p < 0,0001). Hat jedoch keinen signifikanten Einfluss auf das Trockengewicht des Pilzes (Abb. 5A, B).

A Auswirkungen von Fettsäuren auf das Wachstum von S. sp. 1 und O. ips, CK steht für Kontrolle. [n = 9; ****p < 0,0001; Student-T-Test]. B Auswirkungen von Fettsäuren auf das Trockengewicht von S. sp. 1 und O. ips (n = 9), CK steht für Kontrolle, NS bedeutet keine Signifikanz. C Induktion der Hyphenverzweigung durch C16: 1, CK steht für Kontrolle. D Auswirkungen von Fettsäuren auf das Sporentrockengewicht von S. sp. 1, CK steht für Kontrolle (n = 3). Beschriftungen mit unterschiedlichen Buchstaben unterscheiden sich bei p < 0,05 signifikant (ANOVA, Tukeys Mehrfachvergleichstest). E Auswirkungen von Fettsäuren auf die Sporulation von S. sp. 1 (n = 15). Beschriftungen mit unterschiedlichen Buchstaben unterscheiden sich bei p < 0,05 signifikant (ANOVA, Tukeys Mehrfachvergleichstest). F Die relativen Fettsäurewerte zwischen verschiedenen Lebensstadien von S. sp. 1 (n = 4). **, *** stehen für einen signifikanten Unterschied unter p < 0,01 bzw. p < 0,001 [Student-t-Test].

Anschließend untersuchten wir mithilfe der Papierscheibenmethode den Einfluss von FAs auf die Myzelverzweigung von zwei Blaufleckenpilzen und entdeckten, dass C16: 1 die Pilzmyzelverzweigung fördert (Abb. 5C, S9). Darüber hinaus förderte C16:1 die Produktion von mehr Sporen durch die Pilze. Das Trockengewicht der Sporen betrug in der C16:1-Behandlung 2,23 mg, verglichen mit 0,3 mg in der Kontrollgruppe (F8, 18 = 3,6, p < 0,05). Die Anzahl der Sporen betrug in der C16:1-Behandlung 9,06 × 106, während sie in der Kontrollgruppe 4,79 × 106 betrug (F8, 126 = 628,2, p < 0,05) (Abb. 5D, E). Der Lebenszyklus eines Pilzes umfasst das Hyphenwachstumsstadium und das Sporenbildungsstadium. Während des Hyphenwachstums nehmen Pilze mehr Nährstoffe auf, während die Sporenbildung die Vermehrung und Verbreitung des Pilzes erleichtert. Wir untersuchten auch die FAs-Zusammensetzung von S. sp. 1 in verschiedenen Lebensphasen. Der C16:1-Spiegel während der Sporenbildungsphase war 5,4-mal höher als während der Hyphenwachstumsphase (df = 6, t = -8,344, p < 0,001) (Abb. 5F). Die Ergebnisse zeigten, dass die positive Wirkung von C16:1 auf die Fortpflanzungsfähigkeit durch eine positive Rückkopplungsschleife weiter verstärkt wird, wobei Fortpflanzungsstadien C16:1 produzieren und akkumulieren, was wiederum zu einer weiteren Verbesserung der Fortpflanzungsfähigkeit führt.

Es wurde festgestellt, dass Metaboliten als „molekulare Brücken“ fungieren, die die Koordination symbiotischer Beziehungen und die Aufrechterhaltung der Homöostase erleichtern. Bei der symbiotischen Interaktion zwischen PWN und Pilzen spielen die vom Pilz produzierten Lipide C16:1 eine entscheidende Rolle bei der Steigerung der Fruchtbarkeit bzw. Sporulationsfähigkeit beider assoziierter Partner und erleichtern so den Aufbau einer symbiotischen Beziehung. PWN nutzen C16:1, das von S. sp. synthetisiert wird. 1 und PWN selbst, um die Fruchtbarkeit zu erhöhen und die Populationen zu vergrößern. Da die Wirtskiefern geschwächt waren, mangelte es an ausreichend Nährstoffen. Der Bläuepilz könnte seine Überlebenschancen durch die Bildung von Sporen erhöhen. Das blau gefärbte Xylem mit S. sp. 1 wurde später zum Hauptnährstoff des Kiefernfadenwurms. Fettsäuren wurden als wichtige Signalmoleküle in vielen symbiotischen Beziehungen identifiziert. Für Pflanzen und symbiotische arbuskuläre Mykorrhizapilze sind FAs wesentliche Energiesubstrate bei der Entwicklung für beide Seiten vorteilhafter symbiotischer Systeme während des Prozesses der Pflanzenterrestrialisierung [32]. Pflanzen sind jedoch auf spezifische Membrantransportproteine angewiesen, um FAs effektiv in acyliertes Glycerin umzuwandeln und sie zum Pilzpartner zu transportieren, um ihre symbiotische Beziehung aufrechtzuerhalten [33]. Im Gegensatz dazu können Tiere FAs von ihren Symbiospartnern erwerben, indem sie diese einfach verzehren. Der wichtigste Lipidmetabolit C16:1 spielt eine entscheidende Rolle bei der Erleichterung der schnellen erfolgreichen Besiedlung einer für beide Seiten vorteilhaften symbiotischen Beziehung zwischen dem invasiven PWN und dem einheimischen S. sp. 1. innerhalb des Hosts. Es unterstreicht die effiziente gemeinsame Bedeutung von Metaboliten und ihre Funktionen zur Förderung der Synchronisierung von Partnern in symbiotischen Beziehungen.

Das Verständnis der Besiedlung symbiotischer Beziehungen in den eingeführten Verbreitungsgebieten ist entscheidend für das Verständnis der Besiedlung und des Ausbruchs invasiver Arten. Unsere Forschung ergab, dass der PWN bei seiner Einführung schnell die Stoffwechselressourcen der einheimischen ophiostomatoiden Pilze S. sp. nutzt. 1. Diese Nutzung ermöglicht es dem PWN, den Engpass einer kleinen Population schnell zu überwinden, indem seine Reproduktionsfähigkeit erheblich gesteigert wird. Diese Metaboliten vermittelten die Koordination und Kommunikation zwischen den symbiotischen Partnern. Die Fähigkeit symbiotischer Mikroorganismen, ihren Partnern neue Eigenschaften zu verleihen, wurde auch bei anderen invasiven Arten beobachtet. Beispielsweise hemmen Bodenmikroorganismen im natürlichen Lebensraum der Europäischen Kornblume ihr Wachstum und begrenzen ihre Ausbreitung. Wenn diese Kornblume jedoch in Nordamerika eindringt und eine symbiotische Beziehung mit neuen Bodenmikroorganismen eingeht, fördern diese Mikroorganismen ihr Wachstum und ihre Entwicklung [34]. Daher ist die Untersuchung der Schlüsselmetaboliten, die an diesen symbiotischen Beziehungen beteiligt sind, eine neue Richtung und eine neue Sichtweise zur Aufklärung der Etablierung und Ausbreitung invasiver Arten.

In dieser Studie legen wir Beweise dafür vor, dass C16:1 eine signifikante Rolle bei der Verbesserung der Reproduktion spielt. Obwohl die positiven Auswirkungen von MUFAs auf Krankheiten und Alterung umfassend untersucht wurden [35], unterstreichen unsere Ergebnisse eine neuartige Rolle für sie bei der Verbesserung der Fortpflanzungsfähigkeit. Insbesondere haben wir beobachtet, dass die Ergänzung von C16:1 die Sporulation durch S. sp. fördert. 1 und Reproduktion durch PWNs. Für S. sp. 1, C16: 1 produziert und akkumuliert während der Sporenbildungsphase im Vergleich zum Hyphenwachstumsstadium. Bei PWN fördert die Hochregulierung von NHR-80 und Fett-5 bei Frauen die Biosynthese von C16:1. Darüber hinaus legen unsere Ergebnisse nahe, dass C16:1 die Fruchtbarkeit von Nematoden fördern kann, indem es die Regulierung des Insulinsignalwegs durch PWNs verbessert. Es wurde auch berichtet, dass C16:1 die Insulinsensitivität beim Menschen verbessert, und es wurde gezeigt, dass der Insulinsignalweg die Fortpflanzungsfähigkeit von Organismen in Bezug auf Paarung, Eiproduktion und Eierstockentwicklung reguliert [36, 37]. Die Rolle der MUFAs bei der Erzeugung von Nachkommen könnte in Organismen konserviert sein und bedarf weiterer Untersuchungen.

Die Ergebnisse unserer Studie unterstützen die Idee „Man ist, was man isst“ weiter. Es wird darauf hingewiesen, dass die Nährstoffqualität der Nahrungsquelle einen direkten Einfluss auf die Fortpflanzungsergebnisse haben könnte. Der Zusammenhang zwischen Ernährung und Fruchtbarkeit bei verschiedenen Organismen wurde auch in früheren Studien gezeigt. Beispielsweise steigert Docosahexaensäure (DHA) bei Zebrafischen die Fruchtbarkeit, während Arachidonsäure (ARA) die Fruchtbarkeit bei Vögeln weitgehend fördert [38]. Darüber hinaus kann die Ernährung durch Gentransfer, Signalregulierung und Umgestaltung der Darmmikrobiota auch biologische Prozesse wie Stoffwechsel, Immunität und Entwicklung von Organismen beeinflussen [39,40,41]. Die positiven Auswirkungen von MUFAs sind besonders hervorzuheben, da sie über die Nahrung verfügbar sind und die Ernährung als Instrument zur Verbesserung der Fortpflanzungsergebnisse sowohl beim Menschen als auch bei anderen Organismen eingesetzt werden können. Tatsächlich können auch proteomische und kohlenhydratbedingte Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit von Kiefernfadenwurm dramatische Auswirkungen haben und weitere Untersuchungen erfordern.

Die in dieser Studie präsentierten Datensätze können in Online-Repositories gefunden werden. Die Namen des/der Repositorien und die Zugangsnummer(n) finden Sie unten: BioProject-Datenbank des National Center for Biotechnology Information (NCBI) unter der Zugangsnummer PRJNA941926. Alle anderen Studiendaten sind im Artikel und/oder in den unterstützenden Informationsdateien enthalten.

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Diese Studie wurde vom National Key Plan for Scientific Research and Development of China (2021YFC2600100 und 2022YFC2602400), der Natural Science Foundation of China (NSFC 32230066), den CAS Key Research Projects of the Frontier Science (QYZDB-SSW-SMC014) und dem unterstützt Basic Frontier Scientific Research Program der Chinesischen Akademie der Wissenschaften von 0 bis 1 (ZDBS-LY-SM027-03), das Strategic Priority Research Program der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (Stipendium Nr. XDPB16) und das National Youth Talent Support Program von China (Zehntausend-Menschen-Plan).

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Jing Ning, Xiaoting Gu.

Staatliches Schlüssellabor für integriertes Management von Schädlingen und Nagetieren, Institut für Zoologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking, 100101, China

Jing Ning, Xiaoting Gu, Jiao Zhou, Hongxia Zhang, Jianghua Sun und Lilin Zhao

CAS Center for Excellence in Biotic Interactions, Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Peking, 100049, China

Jing Ning, Xiaoting Gu, Jiao Zhou, Hongxia Zhang und Lilin Zhao

Hebei Basic Science Center for Biotic Interactions/College of Life Science, Institute of Life Science and Green Development, Hebei University, Baoding, 071002, China

Jianghua Sun

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JN, XG, JS und LZ waren am experimentellen Design beteiligt. JN, XG, JZ und HZ waren für die Kultivierung und Probenahme von Nematoden und Pilzen verantwortlich. JN und XG führten den Nachweis und die Quantifizierung von Lipiden und verwandten Genen durch. JN und XG führten biologische Tests von Fettsäuren an Nematoden und Pilzen durch. JN und XG haben den Großteil der Daten für das Manuskript bearbeitet und grafisch dargestellt. JZ und HZ führten mikroskopische Aufnahmen durch. JN, XG, JS und LZ haben das Manuskript geschrieben.

Korrespondenz mit Lilin Zhao.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Ning, J., Gu, X., Zhou, J. et al. Palmitoleinsäure als koordinierendes Molekül zwischen dem invasiven Kiefernnematoden und seinen neu assoziierten Pilzen. ISME J (2023). https://doi.org/10.1038/s41396-023-01489-8

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Eingegangen: 07. März 2023

Überarbeitet: 24. Juli 2023

Angenommen: 27. Juli 2023

Veröffentlicht: 21. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41396-023-01489-8

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