学术研究报告：玉米中生长素结合蛋白1（ABP1）增强对甘蔗花叶病毒（SCMV）的抗性研究

一、研究团队与发表信息
本研究由Pengfei Leng（中国农业大学国家玉米改良中心）、Qing Ji（爱荷华州立大学农学系）等共同完成，通讯作者为Mingliang Xu（中国农业大学）和Thomas Lübberstedt（爱荷华州立大学）。论文题为《Auxin Binding Protein 1 Reinforces Resistance to Sugarcane Mosaic Virus in Maize》，于2017年10月发表于期刊《Molecular Plant》（Volume 10, Pages 1357–1360），由Cell Press旗下《Molecular Plant》上海编辑部联合出版。

二、学术背景与研究目标
甘蔗花叶病毒（Sugarcane Mosaic Virus, SCMV）是全球玉米作物的重要病原体，可导致感病品种的产量显著下降。传统抗病育种依赖两个表观互作的主效抗性位点SCMV1和SCMV2，其中SCMV1编码的ZmTRxh蛋白通过分子伴侣作用抑制病毒RNA积累，但SCMV2的功能机制尚不明确。本研究旨在解析SCMV2的遗传基础，揭示其抗病毒分子机制，并为玉米抗病育种提供新靶点。

三、研究流程与方法
1. 基因定位与候选基因筛选
- 通过重组体基因型分析，将SCMV2精细定位至玉米第3染色体250 kb区间（标记184b1–212fg08），覆盖B73和FAP1360A的BAC克隆重叠区域。
- 预测该区间包含5个候选基因，包括生长素结合蛋白1（ABP1）、谷胱甘肽合成酶（GSS）及3个未知功能蛋白。测序发现仅ZmABP1和ZmGSS在抗/感亲本（FAP1360A vs. F7）中存在非同义突变。

1. 转基因功能验证

   • RNAi沉默实验：构建ZmABP1和ZmGSS的RNAi载体（pMCG1005-abp1/gss），导入玉米转化系HiII，与抗病近等基因系F7RR/RR回交。结果显示，ZmABP1沉默植株接种SCMV后4周内出现典型褪绿症状，病毒积累量显著升高（ELISA验证），而ZmGSS沉默无表型。
     
   • 互补实验：将抗病等位基因abp1^FAP全长序列（含1.7 kb启动子、4.5 kb编码区及1 kb终止子）转入感病背景F7SS/RR。携带abp1^FAP的转基因植株发病率降低55%（对照92%），且ZmABP1表达水平与抗性正相关（p=0.01）。
     

2. 启动子功能分析

   • 通过玉米原生质体瞬时表达系统比较abp1^FAP与abp1^F7启动子活性。1711 bp的abp1^FAP启动子驱动荧光素酶活性较abp1^F7高2倍（p=0.01），关键差异位于-1282至-1711 bp区段，含光响应元件BoxII和串联SP1 motif。
     

3. 亚细胞定位与互作蛋白鉴定

   • ZmABP1定位于内质网（ER）和质膜（PM），与病毒复制位点重叠，但过表达ZmABP1不影响SCMV复制（原生质体瞬时实验）。
     
   • 酵母双杂交筛选发现ZmABP1与核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶小亚基（ZmRBCS）互作，后者是马铃薯Y病毒科P3蛋白的宿主靶标。
     

四、主要研究结果
1. ZmABP1是SCMV2的功能基因：RNAi沉默导致抗性丧失，互补实验恢复抗性，且抗性与ZmABP1表达水平显著相关。
2. 启动子变异决定抗性强度：abp1^FAP启动子中的光响应元件通过上调基因表达增强抗性。
3. 抗性机制不依赖病毒复制抑制：ZmABP1通过结合ZmRBCS可能干扰病毒系统移动，而非直接抑制复制。

五、结论与价值
1. 科学意义：首次揭示ZmABP1通过非经典途径（非SA/JA防御途径）增强抗病毒能力，拓展了生长素信号蛋白在植物免疫中的功能认知。
2. 应用价值：为培育抗多种马铃薯Y病毒（如玉米矮花叶病毒、小麦条纹花叶病毒）的玉米品种提供了分子标记和基因资源。

六、研究亮点
1. 创新方法：结合BAC克隆、启动子分段分析及原生质体瞬时系统，精准解析启动子变异的功能效应。
2. 理论突破：发现ZmABP1-ZmRBCS互作可能通过“竞争性劫持”机制阻碍病毒移动，为抗病育种提供新策略。

七、其他价值
研究还发现SCMV2抗性具有光依赖性，与启动子中的光响应元件一致，暗示田间光照管理可能影响抗性表现。数据已提交NCBI GenBank（登录号KY364860–KY364868）。