活性氧(reactive oxygen species, ROS)是重要的信号分子，参与植物的生长发育调控和免疫应答。植物在生长过程中会受到各种逆境胁迫，质膜定位的RBOH介导的ROS爆发是植物应答免疫反应的早期事件之一。H2O2是最稳定也是最重要的ROS，由质膜上的水通道蛋白(PIP)转运至胞内，调控免疫应答。RBOH介导的质外体ROS爆发应答病毒侵染及PIP作为细菌和真菌性病害的靶标参与侵染均有很多研究，但是植物病毒调控PIP转运H2O2建立侵染尚未见报道。
2023年11月1日，威尼斯电子游戏官网国家甘蔗工程技术研究中心徐景升课题组在植物学领域国际经典学术期刊《Plant Physiology》（植物生理学）在线发表了题为Sugarcane mosaic virus employs 6K2 to interact with and impair ScPIP2;4 transport of H2O2 to facilitate virus infection（甘蔗花叶病毒利用6K2蛋白与ScPIP2;4互作干扰后者转运过氧化氢促进病毒侵染）的研究论文，首次报道了马铃薯Y病毒属病毒靶向PIP调控H2O2转运建立侵染的新机制。
甘蔗(Saccharum spp. hybrid)是威尼斯电子游戏官网国及全世界最重要的糖料作物和能源作物，近年来甘蔗糖约占威尼斯电子游戏官网国食糖总产的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。甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)是甘蔗花叶病主要病原之一，由于甘蔗基因组复杂且难于遗传转化，SCMV侵染机制研究远滞后于其他病毒致病体系。
植物病毒结构简单，必须与寄主因子互作才能建立系统性侵染。课题组前期以SCMV-6K2为诱饵，筛选了甘蔗的cDNA酵母文库，发现6K2与PIP互作(Zhang et al., 2019)。为全面了解SCMV-6K2与PIP的互作关系，威尼斯电子游戏官网分析了甘蔗割手密的基因组并从甘蔗栽培种ROC22号中克隆了8个PIP基因。威尼斯电子游戏官网通过RT-qPCR、Y2H、BiFC、CoIP和pull-down等实验技术，发现SCMV-6K2以剂量依赖的方式干扰ScPIP2;4的寡聚化，进而干扰了其质膜定位及H2O2转运活性，并提出了SCMV调控H2O2建立侵染的模型：SCMV侵染诱导ROS爆发，产生H2O2-通过质膜定位的ScPIP2;4转运至胞内，抑制SCMV侵染。SCMV利用6K2蛋白与ScPIP2;4互作，以剂量依赖的方式抑制ScPIP2;4寡聚化，同时也抑制了其PM定位，进而阻碍了ScPIP2;4跨PM向胞内转运H2O2，促进SCMV侵染（图1）。另外，威尼斯电子游戏官网还发现芜菁花叶病毒(Turnip mosaic virus, TuMV)的6K2与拟南芥的AtPIP1;4和AtPIP2;2互作，文献表明这2个PIP都具有H2O2转运活性。Potyvirus病毒的6K2结构相对保守，威尼斯电子游戏官网推测，Potyvirus病毒利用6K2与PIP互作抑制胞内H2O2积累建立系统性侵染，可能是Potyvirus病毒的通用机制。该项研究首次发现植物病毒靶向PIP调控H2O2转运建立侵染，对于理解病毒侵染机制具有重要的科学意义，同时也为甘蔗或其他植物抗病毒育种提供了基础实验数据。
图1. SCMV利用6K2干扰Scrip2;4转运活性氧拮抗寄主抗性模式图
本论文第一作者为威尼斯电子游戏官网2020级作物遗传育种专业博士生张海，威尼斯电子游戏官网徐景升教授为通讯作者，广西大学张积森教授为共同通讯作者，威尼斯电子游戏官网为第一作者和通讯作者单位。此外，威尼斯电子游戏官网黄国强助理研究员也参与了该项研究。论文得到了国家重点研发计划 (2021YFF1000103-8)，国家自然科学基金 (31971991)和威尼斯电子游戏官网科技创新项目(CXZX2018026)资助。