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玉米是我国第一大粮食作物，也是重要的饲料来源和能源作物。玉米病害的发生与危害不仅会降低玉米的产量和品质，直接导致巨额经济损失，而且病菌代谢产生的真菌毒素还影响饲料安全和食品安全，严重威胁人类健康。近年来，随着农业结构模式的调整以及全球气候等外界因素的变化，玉米茎腐病的发生也持续加重。玉米茎腐病的主要病原菌为禾谷镰孢（Fusarium
graminearum），该病原菌主要侵染玉米的茎基部，引起玉米根系、茎基部软腐，果穗下垂，严重时整株枯黄倒伏。因此，挖掘抗病基因，明确其在玉米抗病过程中的功能与机制，为玉米抗病育种提供理论依据。BTB/POZ（BR-C, ttk and bab or
pox virus and zinc finger）家族蛋白在植物的生长发育、植物抗病过程中起着非常重要的调控作用。BTB-TAZ蛋白是BTB/POZ蛋白家族中的一个亚家族，为植物所特有的转录因子家族。BTB-TAZ蛋白的N端具有BTB/POZ结构域，C末端具有CaMBD结构域和TAZ结构域。其中，BTB结构域在进化上高度保守，广泛存在于从酵母到人类的各个物种中，在胞质分裂、维持细胞骨架功能和细胞周期调控等重要生理过程中都起着重要作用。Phytopathology
Research今日在线发表了河北农业大学董金皋教授团队题为“Function of ZmBT2a gene in resistance to pathogen infection in maize”的文章。该文章揭示了ZmBT2a基因在玉米抵抗病原菌侵染过程中具有重要功能，确定了ZmBT2a与ZmCUL3结合，通过泛素化作用影响下游转录因子对ZmLOXs和ZmPRs转录调控，进而参与玉米的抗病过程。研究首先对玉米ZmBT2a进行了生物信息学分析，证明ZmBT2a是定位于细胞核中的BTB/TAZ蛋白，具有保守的BTB和TAZ结构域，在玉米抵抗生物及非生物胁迫中具有积极响应。将ZmBT2a基因导入到拟南芥（Arabidopsis
thaliana）野生型后，显著增强了拟南芥对于灰葡萄孢（Botrytis cinerea）及丁香假单孢菌Pst. DC3000（Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000）的抗性。对ZmBT2a基因玉米EMS诱变突变体Zmbt2a-1和Zmbt2a-2进行抗病性鉴定，发现突变体Zmbt2a-1和Zmbt2a-2对玉米圆斑病菌（Cochliobolus carbonum）和禾谷镰孢（F. graminearum）的敏感性增加。同时，突变体中茉莉酸（Jasmonic Acid）合成途径关键基因ZmLOXs（Lipoxygenase）和病程相关基因ZmPRs（Pathogenesis-related
proteins）的表达量在禾谷镰孢侵染过程中有显著变化。通过酵母双杂交技术和双荧光素酶报告试验证明了ZmBT2a与E3泛素化蛋白ZmCUL3a、ZmCUL3b具有直接相互作用，因此推测ZmBT2a通过泛素化作用影响抗病基因的转录调控，进而参与玉米的抗病过程。![]()
图 1 ZmBT2a突变体的抗病性鉴定
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图 2 ZmBT2a调控玉米抗病的工作模型
河北农业大学董金皋教授、张康教授和邢继红教授为该文章的通讯作者，博士研究生周帆、硕士研究生王永桂和刘鹏飞为该文章第一作者。该研究得到了国家自然科学基金（32372552）、河北省自然科学基金（C2023204099）、中央引导地方科技发展资金（236Z6301G）和河北省高等学校科学技术研究项目（BJK2022006）等项目的资助。
河北农业大学作物抗病性研究及应用团队是华北作物改良与调控国家重点实验室、河北省植物生理与分子病理学重点实验室的重要组成部分，主要从事植物抗病基因挖掘与应用、植物病原真菌致病机制、寄主与病原物互作、微生物信号转导与药物开发、微生物组与病害调控等多个领域的研究工作，在玉米抗病基因的功能与机制研究、玉米大斑病菌致病机制研究、植物病原物防治药物新靶标的开发与设计等方面形成了鲜明的特色。实验室先后承担国家现代农业产业技术体系、国家重点研发计划重点专项、国家自然科学基金等国家级科研项目40余项。
Cite this article:
Zhou, F., Wang, Y., Liu, P. et al. Function of ZmBT2a gene in resistance to pathogen infection in maize. Phytopathol Res, 2024, 6, 43. https://doi.org/10.1186/s42483-024-00263-8
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Phytopathology Research是我国植物病理学科的第一本英文期刊，由中国科协主管，中国植物病理学会和中国农业大学联合主办，与Springer Nature旗下BMC合作在线出版，与中国农业大学出版社合作纸质出版，于2019年1月正式刊载文章。期刊采用开放获取形式，刊载涵盖植物病理学学科基础和应用研究，现已被DOAJ、Scopus、SCIE等数据库正式收录，2022年获得首个SCI影响因子3.955 (Q1)，2023年最新影响因子3.4 (Q2)；入选中国科学院期刊2区。期刊主编由中国农业大学彭友良教授担任，与全球11个国家的53位行内知名专家组成编委会。目前Phytopathology Research所有稿件处理费用(APC)均由中国植物病理学会资助，作者无需支付任何费用。官方网站：
https://phytopatholres.biomedcentral.com/
