甘蔗是我國及全世界最重要的糖料作物和能源作物，近年來甘蔗糖約占我國食糖總產的87%，約占世界食糖總產的78%，甘蔗乙醇約占世界生物質燃料乙醇的40%。甘蔗花葉病嚴重危害甘蔗生產，在1920s，幾乎摧毀了美國、阿根廷和巴西的甘蔗產業，至今仍然危害全世界甘蔗生產。SCMV是甘蔗花葉病主要病原之一，由于甘蔗基因組復雜且遺傳轉化效率低，SCMV侵染機制研究遠滯后于其他病毒致病體系。

植物甘油醛-3-磷酸脫氫酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenases，GAPDH）是糖酵解、糖異生、卡爾文循環過程中的關鍵酶，根據其亞細胞定位可進一步劃分為細胞質型（GAPC），葉綠體型（GAPA/GAPB）和非綠色質體型（GAPCp）。GAPDH除了調控基礎代謝，還執行moonlight功能，參與植物應答病毒侵染。文獻表明，病毒侵染誘導活性氧（reactive oxygen species, ROS）爆發，而ROS迸發抑制本氏煙NbGAPC與NbATG3的相互作用，促進自噬。但目前關于甘蔗（Saccharumspp. hybrid）中GAPDH是否調控甘蔗花葉病毒（sugarcane mosaic virus, SCMV）侵染尚未見報道，甘蔗GAPDH基因家族信息也不清楚。

近日，福建農林大學國家甘蔗工程技術研究中心徐景升教授課題組在Industrial Crops and Products在線發表了題為Molecular identification of sugarcane glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenases and their involvement in SCMV infection in sugarcane的研究論文，揭示了甘蔗GAPDH調控自噬與活性氧爆發應答SCMV侵染的分子機制。

研究人員利用基因組學方法，從甘蔗割手密AP85-441、栽培種R570和新臺糖22的基因組中分別鑒定出24、75和91個GAPDH家族成員，并做了系統的生信分析。從甘蔗栽培種新臺糖22號中克隆了4個不同類型的GAPDH基因，即ScGAPC、ScGAPA、ScGAPB和ScGAPCp。這4個GAPDH基因均應答SCMV侵染而差異表達，ScGAPCp上調表達近10倍。通過DAB染色和監測ATG8-I、ATG8-II的積累，發現SCMV侵染甘蔗會引發ROS爆發和自噬。Y2H和BiFC實驗表明，這4個ScGAPDH均與ATG3相互作用；本氏煙葉片上瞬時表達實驗表明，它們均抑制自噬，推測他們與ATG3互作，干擾了后者催化ATG8與磷脂酰乙醇氨的結合，進而抑制自噬。比較有趣的是，SCMV侵染誘導的ROS迸發抑制了4個GAPDH與ATG3相互作用。根據以上研究結果，我們提出了SCMV侵染過程中GAPDH與ATG3的相互作用調控ROS迸發和自噬的動態平衡模型：SCMV侵染導致甘蔗不同類型的GAPDH的差異表達和ROS爆發，GAPDH與ATG3相互作用抑制自噬，而ROS爆發則抑制GAPDH與ATG3的相互作用促進自噬，進而達到某種動態平衡而建立侵染（圖1）。該項研究成果解析了甘蔗通過平衡活性氧爆發和自噬應答SCMV侵染的分子機制，對甘蔗抗花葉病育種具有重要的理論指導意義。

Interaction of ScGAPDHs with ScATG3 balances ROS burst and autophagy upon SCMV infection.

福建農林大學2021級作物栽培學與耕作學專業博士生楊宗桃，國家甘蔗工程技術研究中心的徐景升教授、黃國強助理研究員、王璐助理研究員為通訊作者。福建農林大學為第一作者和通訊作者單位。論文得到了國家重點研發計劃、福建省自然科學基金和福建農林大學科技創新項目共同資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.121225