2020年7月26日，Molecular Plant Pathology在線發表了揚州大學園藝與植物保護學院紀兆林和朱峰課題組題為「Alpha-momorcharin enhances Nicotiana benthamiana resistance to tobacco mosaic virus infection through modulation of reactive oxygen species」的研究論文。該研究揭示了α-苦瓜素通過激活活性氧清除相關基因的表達，調控活性氧動態平衡，增強菸草對TMV的抗性新機制。
植物病毒對農作物的危害非常大，素有「植物癌症」之稱。目前已知的植物病毒大約有1200種。全世界每年由植物病毒引起病害而造成的經濟損失就超過300億美元。菸草花葉病毒(Tobacco mosaic virus, TMV)屬於菸草花葉病毒屬(Tobamovirus)病毒，寄主非常廣泛，能侵染30多個科、200多個種，如茄科、葫蘆科等，且極易傳播，在世界各地廣泛分布，可引起多種農作物上的嚴重病害，造成重大經濟損失。該病毒病的防治一直以來是植物病害防治的難點。因此，深入研究植物防禦TMV的分子機制將為在農業生產上綠色防控TMV提供重要的理論依據。
一些植物基因可以編碼一種特殊的蛋白—核糖體失活蛋白(Ribosome-inactivating proteins, RIPs)在防禦病原菌中起重要作用(Zhu et al., 2016)。近年來研究表明RIPs不僅具有抗病毒，而且還具有抗腫瘤、抗真菌和昆蟲、核糖核酸酶活性和脫氧核糖核酸酶活性等功能，因此引起人們廣泛的關注。α-苦瓜素(α-momorcharin)是一種典型的I型RIPs，已有研究表明α-苦瓜素具有許多重要的生物功能如抗真菌、抗腫瘤、抗病毒等。然而α-苦瓜素增強植物抗病毒的分子機制仍然還不清楚。先前該課題組的研究已經系統性總結了RIPs在防禦病原菌和昆蟲中起著重要的作用。如圖1 所示，指出未來重點的研究方向應聚焦RIPs與植物激素和ROS互作如何激活植物系統性抗性應答生物脅迫響應(Zhu et al., 2018)。
圖1 RIPs在防禦病原菌和昆蟲中的作用機制
因此項目組利用基因重組技術和轉基因技術研究了α-苦瓜素在菸草對TMV侵染中的作用。結果表明，噴施或過表達α-苦瓜素均能減輕TMV誘導的氧化損傷和活性氧(ROS)的積累。與對照相比，α-苦瓜素處理和過量表達α-苦瓜素，TMV複製顯著下降。這些結果表明，噴施或過表達α-苦瓜素可以提高菸草對TMV侵染的抗性。過量表達α-苦瓜素激活了活性氧清除相關基因的表達。α-苦瓜素通過調控抗氧化酶編碼基因的表達，進而調節ROS的動態平衡，增強菸草對病毒的抗性。總之，該課題組的研究揭示了α-苦瓜素調控活性氧平衡在抗病毒侵染過程中的一種新機制，為進一步了解α-苦瓜素在植物防禦病毒的分子機制提供了一個方向。
圖2 過量表達α-苦瓜素增強菸草對TMV的抗性
朱峰副教授為第一作者和通訊作者，紀兆林副教授為通訊作者。本研究得到國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金，揚州大學青藍工程項目等資助。
論文連結：
https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mpp.12974
參考文獻
Zhu F, Zhou YK, Ji ZL, Chen XR. The plant ribosome-inactivating proteins play important roles in defense against pathogens and insect pest attacks. Frontiers in Plant Science. 2018, 9: 146.
Zhu F, Yuan S, Zhang ZW, Qian K, Feng JG, Yang YZ. Pokeweed antiviral protein (PAP) increases plant systemic resistance to Tobacco mosaic virus infection in Nicotiana benthamiana. European Journal of Plant Pathology, 2016, 146(3): 541–549.
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