松材线虫引发的松材线虫病对针叶林生态安全构成持续威胁。落叶松是我国重要的人工林树种，近年来也有被松材线虫侵染的相关报道。在病害大面积发生前，尽早启动抗松材线虫病落叶松育种研究，对于保障木材生产安全具有重要意义。
育种材料的抗性评价是培育抗病新品种的基础。松材线虫主要取食木质部薄壁细胞。然而，抗性评价时传统整株取样容易混入其他细胞。同时，整株研究时，可见病症出现较慢，不利于捕捉树木早期免疫响应。针对上述问题，我所研究团队利用落叶松胚性愈伤组织在体外模拟了薄壁细胞与线虫互作过程，建立了“愈伤组织薄壁细胞哨兵系统”（CaPS），并进行了病症观察与多组学联合分析，从“基因—代谢物—通路”层面系统描绘了落叶松早期防御反应图谱。
该研究发现，在接种松材线虫后第5天，愈伤组织出现水渍状病斑，原胚团形态坍塌，细胞活性下降，线虫增殖约2.85倍，表明该体系可在较短时间内有效反映感染进程及宿主免疫应答特征。研究结果为落叶松育种材料的抗性评价提供了新的技术路径。
转录组分析鉴定到8515个差异表达基因，富集结果指向免疫信号转导、细胞壁加固及防御相关代谢等关键防线，并筛选获得几丁质酶、R基因、WRKY转录因子等抗性响应相关基因。
代谢组分析鉴定到389个差异代谢物；与转录组联合分析得到71条共富集KEGG通路。这些通路可分为8类功能模块：Ca2+信号、ROS爆发、MAPK级联、激素信号调控、细胞壁强化、抗病基因诱导、抗菌化合物合成、能量与氧化还原稳态维持。
与整株评价相比，CaPS系统可将抗性评价阶段提前，评价周期压缩，同时评价还不受季节影响。尤为重要的是，将该系统和落叶松转基因或基因编辑技术体系结合，可快速确定基因的功能、筛选出抗性新材料，加快落叶松抗病育种进程。
相关成果以“A callus-based parenchymal sentinel system dissects the primordial defense mechanisms of Larix kaempferi against pine wood nematode”为题，于2025年11月20日在线发表于发表于《Tree Physiology》（https://doi.org/10.1093/treephys/tpaf117）。我所博士研究生叶查龙为该论文第一作者，孙晓梅研究员和李万峰研究员为共同通讯作者。该研究得到了生物育种课题（2022ZD0401602，2023ZD04070）的资助。（叶查龙、李万峰/林业所）
图1 落叶松愈伤组织接种松材线虫后的表型变化
图2 落叶松响应松材线虫的多层级防御网络