近日，宁波大学植物病毒研究所陈剑平院士团队-羊健研究员课题组在Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了题为“Wheat yellow mosaic virus NIb targets TaVTC2 to elicit broad-spectrum pathogen resistance in wheat”的研究论文。该研究鉴定到一个调控抗坏血酸AsA合成的限速蛋白GDP – L -半乳糖磷酸化酶（VTC2），研究其在WYMV侵染过程中的功能，揭示了病毒蛋白被寄主识别并诱导寄主抗病性，提出了植物抗性免疫形成的新机制，进一步发现利用RNAi技术沉默VTC2基因可赋予小麦广谱抗病能力。
AsA是植物和动物体内主要的水溶性抗氧化剂。它既可以作为ROS的直接清除剂，也可以间接作为中和H2O2的抗坏血酸过氧化物酶（APX）的底物。GDP – L -半乳糖磷酸化酶负责催化GDP – L -半乳糖转化为L -半乳糖-1- P，这是AsA生物合成的第一步，也是至关重要的一步。研究表明，过表达VTC2可提高AsA水平，并在一定程度上影响小鼠对盐胁迫、冷胁迫和氧化应激的耐受性。沉默VTC2基因降低植株AsA含量，导致植株体内活性氧（ROS）爆发，从而对许多病原体产生抗性。然而TaVTC2基因与植物病毒侵染的关系还未有报道。
图1. TaVTC2正调控WYMV侵染
本研究发现，过表达TaVTC2显著增加了WYMV在小麦植株中的积累，而利用RNAi技术敲除TaVTC2可抑制WYMV的侵染，提示TaVTC2对WYMV侵染具有正调控作用。
图2. NIb抑制TaVTC2的酶活
为探究TaVTC2在WYMV侵染过程中的功能，利用多种蛋白质互作技术发现TaVTC2能够与WYMV NIb发生体内/外互作。高效液相色谱（HPLC）试验表明NIb与TaVTC2的互作会降低TaVTC2蛋白的催化能力，导致催化产物GDP的降低。酶动力学试验同样表明，NIb的加入会降低TaVTC2的酶活性。微量热涌动试验发现，NIb蛋白会抑制TaVTC2蛋白与底物的亲和力。这些结果揭示NIb与TaVTC2的互作抑制了TaVTC2的酶活性。进一步利用红菲咯啉分光光度计法测定植株中AsA含量，结果表明TaVTC2正调控小麦体内AsA的含量。
图3. TaVTC2抑制ROS积累促进病毒侵染
随后，利用DAB以及NBT染色方法发现，在烟草叶片中瞬时过表达TaVTC2，可降低DC3000诱导的ROS的积累。同样地，过表达TaVTC2的小麦植株中显著抑制了WYMV侵染诱导的ROS积累；相反地，沉默TaVTC2的小麦植株中则增加了ROS积累。外源喷施H2O2可抑制WYMV侵染，而外源喷施AsA则促进WYMV侵染。综上，推测TaVTC2可抑制植株体内ROS的积累，并促进WYMV的侵染。
图4. 沉默TaVTC2赋予小麦广谱抗病能力
ROS迸发一般会提高植物的抗病能力。利用RNAi技术获得了TaVTC2敲低的小麦植株，发现TaVTC2敲低小麦植株对中国小麦花叶病毒（CWMV），大麦条纹花叶病毒（BSMV）以及白粉病菌都表现出较好的抗性。田间试验表明，TaVTC2敲低植株与其受体YM158相比，其农艺性状只产生轻微的影响。
宁波大学与南京农业大学联合培养博士研究生张天烨为本文的第一作者，宁波大学与湖南农业大学联合培养博士研究生胡海超为本文的共同第一作者；宁波大学陈剑平院士、羊健研究员以及湖南农业大学李巍教授为共同通讯作者。宁波大学高文清讲师、贵州大学俞露副研究员、中国科学院微生物研究所张杰研究员、中国农业科学院植物保护研究所周益林研究员、浙江师范大学孙梅好教授、英国邓迪大学陈志辉教授、宁波大学刘芃助理研究员、钟凯丽副研究员以及王紫琼硕士研究生等也参与了本研究的部分工作。该研究工作得到小麦产业技术体系（CARS-03）、宁波市科技创新2025重大专项（Q21C140013）、宁波大学王宽诚幸福基金等项目资助。
文章来源：植物生物技术Pbj
