甘蔗是我国及全世界最重要的糖料作物和能源作物，近年来甘蔗糖约占我国食糖总产的87%，约占世界食糖总产的78%，甘蔗乙醇约占世界生物质燃料乙醇的40%。甘蔗花叶病严重危害甘蔗生产，在1920s，几乎摧毁了美国、阿根廷和巴西的甘蔗产业，至今仍然危害全世界甘蔗生产。SCMV是甘蔗花叶病主要病原之一，由于甘蔗基因组复杂且遗传转化效率低，SCMV侵染机制研究远滞后于其他病毒致病体系。
植物甘油醛-3-磷酸脱氢酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenases，GAPDH）是糖酵解、糖异生、卡尔文循环过程中的关键酶，根据其亚细胞定位可进一步划分为细胞质型（GAPC），叶绿体型（GAPA/GAPB）和非绿色质体型（GAPCp）。GAPDH除了调控基础代谢，还执行moonlight功能，参与植物应答病毒侵染。文献表明，病毒侵染诱导活性氧（reactive oxygen species, ROS）爆发，而ROS迸发抑制本氏烟NbGAPC与NbATG3的相互作用，促进自噬。但目前关于甘蔗（Saccharumspp. hybrid）中GAPDH是否调控甘蔗花叶病毒（sugarcane mosaic virus, SCMV）侵染尚未见报道，甘蔗GAPDH基因家族信息也不清楚。
近日，福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心徐景升教授课题组在Industrial Crops and Products在线发表了题为Molecular identification of sugarcane glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenases and their involvement in SCMV infection in sugarcane的研究论文，揭示了甘蔗GAPDH调控自噬与活性氧爆发应答SCMV侵染的分子机制。
研究人员利用基因组学方法，从甘蔗割手密AP85-441、栽培种R570和新台糖22的基因组中分别鉴定出24、75和91个GAPDH家族成员，并做了系统的生信分析。从甘蔗栽培种新台糖22号中克隆了4个不同类型的GAPDH基因，即ScGAPC、ScGAPA、ScGAPB和ScGAPCp。这4个GAPDH基因均应答SCMV侵染而差异表达，ScGAPCp上调表达近10倍。通过DAB染色和监测ATG8-I、ATG8-II的积累，发现SCMV侵染甘蔗会引发ROS爆发和自噬。Y2H和BiFC实验表明，这4个ScGAPDH均与ATG3相互作用；本氏烟叶片上瞬时表达实验表明，它们均抑制自噬，推测他们与ATG3互作，干扰了后者催化ATG8与磷脂酰乙醇氨的结合，进而抑制自噬。比较有趣的是，SCMV侵染诱导的ROS迸发抑制了4个GAPDH与ATG3相互作用。根据以上研究结果，我们提出了SCMV侵染过程中GAPDH与ATG3的相互作用调控ROS迸发和自噬的动态平衡模型：SCMV侵染导致甘蔗不同类型的GAPDH的差异表达和ROS爆发，GAPDH与ATG3相互作用抑制自噬，而ROS爆发则抑制GAPDH与ATG3的相互作用促进自噬，进而达到某种动态平衡而建立侵染（图1）。该项研究成果解析了甘蔗通过平衡活性氧爆发和自噬应答SCMV侵染的分子机制，对甘蔗抗花叶病育种具有重要的理论指导意义。
Interaction of ScGAPDHs with ScATG3 balances ROS burst and autophagy upon SCMV infection.
福建农林大学2021级作物栽培学与耕作学专业博士生杨宗桃，国家甘蔗工程技术研究中心的徐景升教授、黄国强助理研究员、王璐助理研究员为通讯作者。福建农林大学为第一作者和通讯作者单位。论文得到了国家重点研发计划、福建省自然科学基金和福建农林大学科技创新项目共同资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.121225
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