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作者及发表信息
本研究由Shunxi Wang（河南农业大学农学院）、Wencheng Liu（河南大学生命科学学院）、Zan Chen（河南农业大学农学院）等共同完成，通讯作者为Liuji Wu（河南农业大学农学院）。论文题为《The antioxidant protein ZmPRX5 contributes resistance to maize stalk rot》，发表于The Crop Journal期刊2022年第10卷，DOI号为10.1016/j.cj.2021.12.001。
学术背景
科学领域：植物抗病分子机制，重点关注玉米茎腐病（stalk rot）的抗性机理。
研究动机：玉米茎腐病由禾谷镰刀菌（*Fusarium graminearum*）引起，导致植株倒伏、产量损失和毒素污染，但现有抗性基因资源有限，且抗性机制尚不明确。
背景知识：
1. 此前研究已鉴定部分抗性数量性状位点（QTL），如*ZmCCT*和*ZmAUXRP1*，但缺乏对抗氧化蛋白在抗病中作用的系统性研究。
2. 过氧化物还原酶（peroxiredoxin, PRX）是一类抗氧化酶，参与活性氧（ROS）清除，但其在植物抗真菌病害中的功能未见报道。
研究目标：通过比较蛋白质组学鉴定玉米茎腐病抗性相关蛋白，并解析*ZmPRX5*的功能机制。
研究流程与方法
1. 差异蛋白质组学分析
- 研究对象：玉米自交系LX9801，接种*F. graminearum*孢子悬液（实验组）或无菌水（对照组）。
- 样本量：每组3个生物学重复。
- 方法：
- 接种后第8天（dai）取茎组织，提取总蛋白。
- 采用串联质量标签（TMT）标记和液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）技术鉴定差异蛋白。
- 筛选标准：差异倍数>1.5、错误发现率（FDR）<0.05、唯一肽段≥2。
- 关键结果：共鉴定到763个差异积累蛋白，其中436个上调，327个下调。
2. 候选蛋白筛选与验证
- 筛选依据：抗氧化蛋白*ZmPRX5*（UniProt ID: B4FN24）在病原菌感染后显著上调。
- 验证实验：
- qRT-PCR：检测*ZmPRX5*在根、茎、叶等组织的组成型表达，以及接种后的动态表达（LX9801、A188、B73三个自交系）。
- Western blot：验证*ZmPRX5*蛋白积累水平。
- 亚细胞定位：通过瞬时转化玉米原生质体，发现*ZmPRX5*定位于细胞质。
3. 功能验证实验
- 过表达株系构建：
- 将*ZmPRX5*编码序列克隆至载体pCAMBIA3301，通过农杆菌介导转化玉米Hi-II杂交种（A188×B73）。
- 获得T4代转基因阳性株系（2073、2074）和阴性对照（2073sib、2074sib）。
- 突变体分析：
- 利用转座子插入突变体*zmprx5mu*（UniformMu资源库），通过PCR鉴定纯合突变体。
- 抗性表型评估：
- 接种*F. graminearum*后，测量茎部病斑长度（8–28 dai）。
- 结果：过表达株系病斑显著小于对照，突变体病斑大于野生型。
4. 转录组学分析
- 样本：*zmprx5mu*与野生型接种后20 dai的茎组织，3个生物学重复。
- 方法：RNA-seq测序，差异基因（DEGs）筛选标准：|log2FC|>1，FDR<0.05。
- 关键通路：
- 突变体中下调的基因富集于植物-病原互作、苯丙氨酸代谢、苯并恶唑啉酮（benzoxazinoid）和类黄酮（flavonoid）生物合成通路。
主要结果
- 蛋白质组学：*ZmPRX5*在病原菌感染后显著上调，且与ROS代谢相关。
- 表达模式：*ZmPRX5*在根、茎、叶等组织中组成型表达，病原感染后表达量显著增加。
- 功能验证：
- 过表达*ZmPRX5*增强抗性，突变体更感病，表明其正向调控抗性。
- 机制解析：
- 转录组分析显示，*ZmPRX5*缺失导致防御相关通路（如苯丙氨酸代谢）被抑制，提示其通过重编程转录组增强抗性。
结论与价值
- 科学意义：首次揭示PRX5亚家族蛋白通过调控防御相关代谢通路参与玉米抗真菌病害，拓展了抗氧化蛋白在植物免疫中的功能认知。
- 应用价值：*ZmPRX5*可作为分子标记用于抗病育种，为培育抗茎腐病玉米品种提供新靶点。
研究亮点
- 创新性方法：结合TMT标记的定量蛋白质组学、转基因和突变体表型分析、多组学（转录组）验证，形成完整证据链。
- 重要发现：
- *ZmPRX5*通过激活苯丙烷代谢和次生代谢物合成增强抗性。
- 提出“抗氧化蛋白-防御转录重编程-抗病性”的分子模型。
其他价值
- 数据公开：蛋白质组数据（ProteomeXchange: PXD023517）、转录组数据（NCBI: PRJNA691732）。
- 技术细节：开发了针对*ZmPRX5*的兔多克隆抗体，可用于后续蛋白互作研究。
该报告全面覆盖了研究的背景、方法、结果和意义，适合研究人员快速把握论文核心贡献。