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植物通过光合作用产生蔗糖。蔗糖从源端组织向库端组织的转运包含3个步骤,即韧皮部加载、韧皮部长距离运输和韧皮部卸载。胞间连丝（Plasmodesmata,PDs）、蔗糖转运蛋白（SUTs家族成员和SWEETs Clade III成员）介导了植物中蔗糖的运输。研究发现,植物病原物可劫持宿主中糖的运输以获取糖原。类可劫持宿主中蔗糖的运输,以确保自身生长发育所需糖原的供给。然而,有关固着性植物寄生线虫劫持植物中蔗糖运输机制的认识仍十分有限。拟禾本科根结线虫（Meloidogyne graminicola,Mg）为水稻重要的土传病原,可导致水稻严重产量损失。Mg在我国呈快速扩散和为害加重的趋势,在包括湖北、湖南、安徽、广州等我国水稻主产区均有Mg为害的报道,对我国水稻生产安全构成了现实威胁。本研究以所培育的多个水稻遗传材料和其野生型为植物材料,通过荧光染料CFDA（Carboxyfluoresceine-diacetate）韧皮部加载试验、蔗糖GC-MS定量分析和转录组分析等探究了在拟禾本科根结线虫与水稻互作中蔗糖向根部及巨型细胞（Giant cells,GCs）内运输的机制,主要结果如下:1.PDs而非蔗糖转运蛋白在蔗糖由水稻根韧皮部向Mg取食位点巨型细胞内运输机制中发挥重要功能。q RT-PCR分析结果显示,在Mg诱导形成的水稻根结（Galls）中介导蔗糖主动转运的Os SUTs家族成员Os SUT1、Os SUT2、Os SUT4在接种Mg后3 d（3 dpi）、7 dpi、14 dpi下调表达或其未受Mg侵染显著影响,而Os SUT3、Os SUT5和Os SWEETs Clade III成员（Os SWEET11-Os SWEET15）的基因表达量极低。进一步以本研究所培育的Os SUT1至Os SUT5 5个基因的Promoter::GUS水稻遗传材料进行Mg接种和GUS组织染色分析。试验结果显示,在接种线虫后不同时期的根结中均未检测到Os SUTs启动子活性。上述试验结果表明,Os SUTs家族和Os SWEETs Clade III成员基因在Mg取食位点巨型细胞内的蔗糖供给机制中未发挥重要功能。同时,通过CFDA韧皮部加载试验证实,Mg巨型细胞与水稻根韧皮部间存在PDs介导的共质体连接。进一步以所培育的胼胝质合成与降解基因（Os GSL2&Os GNS5）超表达水稻株系为植物材料,通过Mg接种试验和蔗糖GC-MS定量分析发现,根结中胼胝质累积降低Mg对水稻的致病力,与水稻野生型相比在7 dpi的Os GSL2超表达水稻株系上的Mg幼虫数由52头/株减少至10头/株,巨型细胞最大截面积由28,212μm2降低至22,877μm2,根结中蔗糖的含量由608μg g-1 FW减少至440μg g-1 FW。由此可知,超表达胼胝质合成基因Os GSL2导致PDs渗透性降低、Mg致病力下降和根结中蔗糖含量的减少。因此,PDs介导了蔗糖由水稻根韧皮部向Mg巨型细胞内的运输。依据上述试验结果可知,蔗糖经PDs介导的共质体途径由水稻根韧皮部向Mg巨型细胞内运输,而蔗糖转运相关蛋白Os SUTs和Os SWEETs Clade III基因未发挥重要功能。2.Mg正向调控蔗糖向水稻根部的纵向运输。CFDA韧皮部加载试验结果显示,在受Mg侵染的根系中与未携带根结的水稻根组织相比在水稻根结和携带根结的根组织中可见CFDA绿色荧光信号显著富集。据此推测Mg调控了水稻中PDs介导的蔗糖向根部的共质体运输。此外,采用GC-MS技术分析了Mg侵染对水稻根组织中蔗糖含量的影响。试验结果表明,以未接种Mg的水稻苗相比,Mg侵染可导致水稻根结、携带和未携带根结的根组织中蔗糖含量的极显著提高,蔗糖含量从33.5μg g-1 FW提高至592μg g-1 FW、636μg g-1 FW和768μg g-1 FW。由此可见,水稻中蔗糖向根部的纵向运输受到Mg的正向调控。3.水稻基部茎节可能参与Mg正向调控蔗糖向水稻根部运输的机制。依据水稻基部茎节转录组分析结果可知,在1 dpi、3 dpi、7 dpi和15 dpi的水稻基部茎节中特异上调表达的基因数分别为912、627、123和20。对上述特异表达基因进行Gene Ontology（GO）注释和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）分析发现,在Mg侵染前期（1 dpi、3 dpi）水稻基部茎节中特异表达的基因功能主要涉及抗病应答和细胞壁修饰,而在Mg侵染后期（7 dpi、15 dpi）受诱导表达的基因主要为各类转运蛋白编码基因。因此,水稻基部茎节可能作为营养物质运输分配的枢纽参与水稻与Mg互作。进一步地,对Mg侵染后水稻基部茎节中胼胝质合成与降解基因、Os SWEETs、水孔蛋白和其他转运蛋白编码进行基因表达模式分析发现,其表达均受Mg调控。其中,与蔗糖运输相关的多个胼胝质降解基因（1 dpi和3 dpi）、1个胼胝质合成基因（1 dpi、3 dpi、7 dpi）和1个Os SWEET（7 dpi）在水稻基部茎节中受Mg诱导表达。依据以上试验结果推测,水稻基部茎节可能参与Mg对蔗糖向根部纵向运输的正向调控。综上所述,本研究从共质体途径和质外体途径两方面系统性的分析了蔗糖从水稻根韧皮部向Mg取食位点巨型细胞内运输的机制,证实了胞间连丝而非水稻蔗糖转运蛋白在这一机制中的重要功能。同时,发现Mg可正向调控蔗糖向水稻根部的纵向运输,并通过转录组学分析初步探讨了水稻基部茎节在上述机制中的潜在生物学功能。本研究增进了对植物寄生线虫调控宿主植物中糖运输机制的认识。后期可以水稻基部茎节为切入点,系统深入解析Mg正向调控水稻中蔗糖向根部纵向运输的分子机制。