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JIPB | 河南农业大学李洪连/施艳团队揭示玉米中ZmRACK1-ZmCDPK7-ZmAPX1模块通过调节ROS稳态参与植物抗病毒免疫

  • 2026-10-28 06:31:21
JIPB | 河南农业大学李洪连/施艳团队揭示玉米中ZmRACK1-ZmCDPK7-ZmAPX1模块通过调节ROS稳态参与植物抗病毒免疫

玉米作为全球重要的粮食作物, 其产量和品质长期受到多种病毒病害的威胁, 造成严重的经济损失。钙作为植物免疫信号中普遍存在的胞内第二信使, 可启动快速应答, 介导植物应对生物和非生物胁迫。在植物中, 钙依赖蛋白激酶 (CDPKs) 同时具有钙感应结构域和激酶结构域, 能够将Ca2+信号解码从而调节下游信号转导。然而, CDPKs在植物抗病毒免疫中, 尤其是玉米抵御MCMV过程中的具体分子机制尚待解析。

近日, JIPB在线发表了河南农业大学李洪连/施艳团队题为“The ZmRACK1–ZmCDPK7–ZmAPX1 module regulates plant antiviral immunity”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70285)。该研究系统鉴定了一个受多种胁迫诱导的玉米钙依赖蛋白激酶ZmCDPK7, 并揭示了其通过与支架蛋白ZmRACK1及抗坏血酸过氧化物酶ZmAPX1形成复合体, 正向调控玉米对MCMV抗性的分子机制, 同时阐明了病毒如何通过效应蛋白进行反防御机制。

研究发现, ZmCDPK7受MCMV侵染诱导上调表达, 过表达可增强玉米抗性并减少病毒积累, 而敲除ZmCDPK7则导致玉米更感病。ZmCDPK7直接与ZmAPX1互作, 并磷酸化ZmAPX1的Thr164位点, 显著增强ZmAPX1酶活性, 从而清除ROS、抑制MCMV侵染。ZmAPX1过表达也会导致抗性增强, 缺失则导致玉米更感病。此外, 支架蛋白ZmRACK1同时结合ZmCDPK7与ZmAPX1, 增强两者互作、促进ZmCDPK7对ZmAPX1磷酸化并提高ZmAPX1酶活, ZmRACK1敲除或沉默也会使病毒侵染显著增强 (图1)。

图1 ZmRACK1与ZmCDPK7和ZmAPX1互作, 并增强ZmCDPK7与ZmAPX1之间的互作
MCMV致病因子P31蛋白分别与ZmCDPK7和ZmRACK1互作, 通过竞争性结合破坏ZmRACK1-ZmCDPK7和ZmCDPK7-ZmAPX1互作, 导致复合体解体, 阻断ZmCDPK7对ZmAPX1的磷酸化激活, 削弱寄主ROS清除能力, 从而增强病毒侵染 (图2)。此外, ZmCDPK7还在玉米抗旱与抗茎腐病等胁迫中发挥正向调控作用。
图2 P31与ZmCDPK7互作, 并干扰ZmCDPK7与ZmAPX1和ZmRACK1之间的互作
综上所述, 该研究揭示了ZmRACK1–ZmCDPK7–ZmAPX1功能模块在植物先天免疫中调控抗病毒防御的完整信号通路, 并阐明了病毒效应蛋白P31靶向、劫持该通路的分子机理 (图3)。这一发现不仅深化了对植物CDPKs免疫信号网络的理解, 也为通过基因编辑等手段精准改良玉米病毒病抗性、保障粮食安全提供了重要的理论依据和基因靶点。
图3 ZmRACK1–ZmCDPK7–ZmAPX1模块调控对MCMV免疫的工作模型

该研究由河南农业大学植物保护学院李洪连/施艳课题组完成, 施艳教授、杨雪副教授和袁虹霞教授为该论文的通讯作者, 已毕业硕士研究生张玉阳为论文第一作者。在读研究生李念念、史亚娟、于连伟, 青年教师王琼琼、韩晓玉, 博士后孙迎超等人参与了该工作, 驻马店农业科学院冯晓曦研究员, 中国农业大学范在丰教授, 河南农业大学陈琳琳、李洪连教授等对该研究提供了指导与帮助。该研究得到了河南省高校科技创新团队支持计划 (编号: 25IRTSTHN031)、中原科技创新青年人才计划 (编号: 30603407) 和河南省现代农业玉米产业技术体系 (编号: HARS-22-02-G3) 的资助。

文章引用:
Zhang, Y., Li, N., Wang, Q., Sun, Y., Shi, Y., Yu, L., Han, X., Feng, X., Fan, Z., Chen, L., et al. (2026). The ZmRACK1–ZmCDPK7–ZmAPX1 module regulates plant antiviral immunity. J. Integr. Plant Biol.https://doi.org/10.1111/jipb.70285
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