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(huán)過程中的關(guān)鍵酶，根據(jù)其亞細(xì)胞定位可進(jìn)一步劃分為細(xì)胞質(zhì)型（GAPC），葉綠體型（GAPA/GAPB）和非綠色質(zhì)體型（GAPCp）。GAPDH除了調(diào)控基礎(chǔ)代謝，還執(zhí)行moonlight功能，參與植物應(yīng)答病毒侵染。文獻(xiàn)表明，病毒侵染誘導(dǎo)活性氧（reactive oxygen species, ROS）爆發(fā)，而ROS迸發(fā)抑制本氏煙NbGAPC與NbATG3的相互作用，促進(jìn)自噬。但目前關(guān)于甘蔗（Saccharum spp. hybrid）中GAPDH是否調(diào)控甘蔗花葉病毒（sugarcane mosaic virus, SCMV）侵染尚未見報(bào)道，甘蔗GAPDH基因家族信息也不清楚。
2025年5月24日，農(nóng)學(xué)院2021級(jí)作物栽培學(xué)與耕作學(xué)專業(yè)博士生楊宗桃以第一作者在植物學(xué)領(lǐng)域國(guó)際經(jīng)典學(xué)術(shù)期刊《Industrial Crops and Products》（工業(yè)作物產(chǎn)品）在線發(fā)表了題為"Molecular identification of sugarcane glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenases and their involvement in SCMV infection in sugarcane"（甘蔗甘油醛-3-磷酸脫氫酶分子鑒定及其應(yīng)答甘蔗花葉病毒侵染研究）的研究論文。
甘蔗是我國(guó)及全世界最重要的糖料作物和能源作物，近年來(lái)甘蔗糖約占我國(guó)食糖總產(chǎn)的87%，約占世界食糖總產(chǎn)的78%，甘蔗乙醇約占世界生物質(zhì)燃料乙醇的40%。甘蔗花葉病嚴(yán)重危害甘蔗生產(chǎn)，在1920s，幾乎摧毀了美國(guó)、阿根廷和巴西的甘蔗產(chǎn)業(yè)，至今仍然危害全世界甘蔗生產(chǎn)。SCMV是甘蔗花葉病主要病原之一，由于甘蔗基因組復(fù)雜且遺傳轉(zhuǎn)化效率低，SCMV侵染機(jī)制研究遠(yuǎn)滯后于其他病毒致病體系。
研究人員利用基因組學(xué)方法，從甘蔗割手密AP85-441、栽培種R570和新臺(tái)糖22的基因組中分別鑒定出24、75和91個(gè)GAPDH家族成員，并做了系統(tǒng)的生信分析。從甘蔗栽培種新臺(tái)糖22號(hào)中克隆了4個(gè)不同類型的GAPDH基因，即ScGAPC、ScGAPA、ScGAPB和ScGAPCp。這4個(gè)GAPDH基因均應(yīng)答SCMV侵染而差異表達(dá)，ScGAPCp上調(diào)表達(dá)近10倍。通過DAB染色和監(jiān)測(cè)ATG8-I、ATG8-II的積累，發(fā)現(xiàn)SCMV侵染甘蔗會(huì)引發(fā)ROS爆發(fā)和自噬。Y2H和BiFC實(shí)驗(yàn)表明，這4個(gè)ScGAPDH均與ATG3相互作用；本氏煙葉片上瞬時(shí)表達(dá)實(shí)驗(yàn)表明，它們均抑制自噬，推測(cè)他們與ATG3互作，干擾了后者催化ATG8與磷脂酰乙醇氨的結(jié)合，進(jìn)而抑制自噬。比較有趣的是，SCMV侵染誘導(dǎo)的ROS迸發(fā)抑制了4個(gè)GAPDH與ATG3相互作用。根據(jù)以上研究結(jié)果，我們提出了SCMV侵染過程中GAPDH與ATG3的相互作用調(diào)控ROS迸發(fā)和自噬的動(dòng)態(tài)平衡模型：SCMV侵染導(dǎo)致甘蔗不同類型的GAPDH的差異表達(dá)和ROS爆發(fā)，GAPDH與ATG3相互作用抑制自噬，而ROS爆發(fā)則抑制GAPDH與ATG3的相互作用促進(jìn)自噬，進(jìn)而達(dá)到某種動(dòng)態(tài)平衡而建立侵染（圖1）。該項(xiàng)研究成果解析了甘蔗通過平衡活性氧爆發(fā)和自噬應(yīng)答SCMV侵染的分子機(jī)制，對(duì)甘蔗抗花葉病育種具有重要的理論指導(dǎo)意義。
Figure 1. Interaction of ScGAPDHs with ScATG3 balances ROS burst and autophagy upon SCMV infection.
福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家甘蔗工程技術(shù)研究中心的徐景升教授、黃國(guó)強(qiáng)助理研究員、王璐助理研究員為共同通訊作者。論文得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFD1200700，2023YFD1200703）、福建省自然科學(xué)基金（2021J01138）和福建農(nóng)林大學(xué)科技創(chuàng)新項(xiàng)目（KFB24033）共同資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.121225
期刊簡(jiǎn)介：
Industrial Crops and Products 是一本國(guó)際期刊（JCR農(nóng)業(yè)工程學(xué)1區(qū)，中國(guó)科學(xué)院期刊分區(qū)表農(nóng)林科學(xué)1區(qū)Top）。主要發(fā)表關(guān)于具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的栽培植物（非糧食、非飼料作物）的研究成果。論文內(nèi)容應(yīng)涵蓋作物導(dǎo)向型研究和生物基材料研究，并需具備國(guó)際關(guān)注度、假設(shè)驅(qū)動(dòng)性和可重復(fù)性。關(guān)注的作物及產(chǎn)品包括：纖維作物、林木作物、能源作物、工業(yè)油料作物、橡膠與樹脂，以及栽培藥用植物和芳香植物。
作者簡(jiǎn)介：
徐景升（通訊作者）
徐景升，教授，博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任農(nóng)業(yè)農(nóng)村部福建甘蔗生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，國(guó)家甘蔗工程技術(shù)研究中心專職科研人員。中國(guó)作物學(xué)會(huì)甘蔗協(xié)會(huì)會(huì)員，國(guó)際甘蔗技師協(xié)會(huì)（ISSCT）會(huì)員。主要從事甘蔗與微生物互做分子機(jī)制、甘蔗功能基因組學(xué)、轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)技術(shù)等方面的研究。在Plant physiology, New Phytologist, Frontiers in Microbiology, Journal of Integrative Agriculture, Plant Disease等期刊上發(fā)表論文40余篇。主持國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863）課題1項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金6項(xiàng)，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題2項(xiàng)，轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)子課題1項(xiàng)，福建省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目1項(xiàng)，福建省青年科技人才創(chuàng)新項(xiàng)目1項(xiàng)。
楊宗桃（第一作者）
楊宗桃，學(xué)院2021級(jí)博士生，主要研究方向?yàn)楦收崤cSCMV互作的分子機(jī)制研究，在New Phytologist, Plant physiology, Frontiers in Microbiology, Frontiers in plant science, International of Molecular Science, Viruses等期刊上以第一或參與發(fā)表SCI論文6篇。