科研进展专栏 | 园艺学院葡萄种质资源与遗传育种研究团队研究回顾

前期进展回顾

近年来，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队依托国家自然科学基金、国家葡萄产业技术体系等项目支持，围绕葡萄白粉病、霜霉病、炭疽病抗性、抗寒分子机制解析及无核葡萄胚挽救育种等方向开展系统研究，取得系列重要进展。相关成果已陆续发表于国际权威学术期刊，充分彰显了团队深厚的科研积淀与突出的创新能力。

葡萄抗白粉病相关研究

01

2024年5月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队张朝红教授在Plant Physiology上发表了题为“Ubiquitin ligase VvPUB26 in grapevine promotes proanthocyanidin synthesis and resistance to powdery mildew ”的研究论文，揭示了葡萄泛素连接酶VvPUB26促进葡萄原花青素积累，并增强植株对白粉病的抗性的分子机制。

图   葡萄VvPUB26促进原花青素合成积累和增强对白粉病抗性的作用模型

文章链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae249

该论文中的亚细胞定位和双分子荧光互补实验，使用了我院科学研究中心平台的共聚焦显微镜(TCS SP8 SR, 仪器编号：2020373903)。

 

02

 2025年3月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队王跃进教授在Horticulture Plant Journal上发表了题为“VqBGH52 enhances the accumulation of trans-resveratrol through hydrolysis of trans-piceid and resistance to powdery mildew in Chinese wild grapevine”的研究论文，筛选与鉴定出高表达糖基水解酶活性基因VqBGH52， 其启动子一段1492bp的特有序列响应水杨酸、几丁质和flg22信号并上调下游基因表达，从而增强葡萄对白粉病的抗性。本研究为进一步研究利用中国野生葡萄资源抗病性和葡萄育种提供了理论依据与抗病基因资源。

 

图  中国野生毛葡萄‘丹凤-2’糖基水解酶基因VqBGH52作用机制与抗白粉病表达

文章链接： https://doi.org/10.1016/j.hpj.2024.12.004

该论文中的亚细胞定位，使用了我院科学研究中心平台的共聚焦显微镜(TCS SP8 SR, 仪器编号：2020373903)。

 

03

2025年3月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队王跃进教授/刘国甜副教授在Plant Biotechnology Journal上发表了题为“VqERF1B-VqERF062-VqNSTS2 transcriptional cascade enhances stilbene biosynthesis and resistance to powdery mildew in grapevine”的研究论文，揭示VqERF1B-VqERF062-VqNSTS2级联模块在促进芪类物质积累及增强葡萄抗白粉病抗性的关键作用，揭示了中国野生毛葡萄抗白粉病的分子机制，为研究多年生果树抗病性提供了依据，研究结果为葡萄抗病育种提供了重要的基因资源和理论基础。

 

图  VqERF1B-VqERF062-VqNSTS2转录级联模块增强芪类物质合成与抗白粉病分子机理

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70041

该论文中的亚细胞定位和双分子荧光互补实验，使用了我院科学研究中心平台的共聚焦显微镜(TCS SP8 SR, 仪器编号：2020373903)。

 

04

2025年4月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队王跃进教授/刘国甜副教授在Plant Physiology上发表了题为“A MAPK4-GT3-NSTS6 module regulates powdery mildew resistance via stilbene biosynthesis in Chinese wild grapevine”的研究论文，揭示了中国野生毛葡萄中VqMAPK4-VqGT3- VqNSTS6 级联途径动态调控芪类物质积累，进而增强植物对白粉病抗性的分子机制，为果树抗病育种提供了新的理论基础和应用前景。

图  VqMAPK4-VqGT3- VqNSTS6 级联途径在抗白粉病中的作用模型示意图

文章链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf140

该论文中的亚细胞定位和双分子荧光互补实验，使用了我院科学研究中心平台的共聚焦显微镜(TCS SP8 SR, 仪器编号：2020373903)。

 

葡萄抗霜霉病相关研究

01

 2023年1月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队徐炎教授在Journal of Experimental上发表了题为“Plasmopara viticola RxLR effector PvAvh77 triggers cell death and governs immunity responses in grapevine”的研究论文，本研究鉴定出一个新型葡萄霜霉菌效应蛋白PvAvh77，通过验证发现其具有作为植物免疫诱导剂的潜力，为葡萄霜霉病菌的防治提供了理论基础。

 

图   葡萄霜霉菌侵染期间PvAvh77在细胞死亡和植物免疫反应

文章链接：https://doi.org/10.1093/jxb/erad005

该论文中PvAvh77的蛋白的亚细胞定位研究，使用了我院科学研究中心平台的激光扫描共聚焦显微镜（TCS SP8 SR，仪器编号：2020373903）。

 

02

2023年11月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队徐炎教授在The Plant Journal上发表了题为“Plasmopara viticola effector PvCRN11 induces disease resistance to downy mildew in grapevine”的研究论文，揭示了葡萄葡萄霜霉菌效应蛋白PvCRN11 既能通过在植物细胞内过表达来增强葡萄对霜霉病的抗性，其纯化蛋白 PvCRN11 Opt 也可作为植物免疫诱导剂作用于植物质外体。这一发现揭示了利用病原菌基因改良作物抗病性的巨大潜力。

 

图   PvCRN11 在细胞死亡和植物免疫中的作用示意图

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16534

该论文中PvCRN11的蛋白的亚细胞定位研究，使用了我院科学研究中心平台的激光扫描共聚焦显微镜（TCS SP8 SR，仪器编号：2020373903）。

 

03

2024年9月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队徐炎教授/刘国甜副教授在New Phytologist上发表了题为“Plasmopara viticola effector PvCRN20 represses the import of VvDEG5 into chloroplasts to suppress immunity in grapevine”的研究论文，揭示了葡萄霜霉菌分泌的胞内效应蛋白PvCRN20通过阻止葡萄宿主中的VvDEG5蛋白进入叶绿体以干扰叶绿体介导的防御反应，从而促进葡萄霜霉菌的侵染机理。

图   PvCRN20操控葡萄寄主免疫反应工作模式图

文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.20002

该论文中的亚细胞定位和双分子荧光互补实验，使用了我院科学研究中心平台的共聚焦显微镜(TCS SP8 SR, 仪器编号：2020373903)。

葡萄抗寒相关研究

01

2024年10月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队张朝红教授课题组在Horticulture Research上发表了题为“The ubiquitin ligase VviPUB19 negatively regulates grape cold tolerance by affecting the stability of ICEs and CBFs ”的研究论文，该研究揭示了泛素连接酶VviPUB19通过参与ICE-CBF冷响应依赖途径负调控葡萄耐寒性的分子机制。

 

图  VviPUB19负调控葡萄耐寒性的模式图

文章链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhae297

该论文中的亚细胞定位和双分子荧光互补实验，使用了我院科学研究中心平台的共聚焦显微镜(TCS SP8 SR, 仪器编号：2020373903)。

 

02

2024年12月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队张朝红教授在The Plant Journal上发表了题为“Glutathione transferase VvGSTU60 is essential for proanthocyanidin accumulation and cooperates synergistically with MATE in grapes”的研究论文，该研究揭示 VvGSTU60 与 VvDTX41B 协同调控原花青素积累，从而深入解析葡萄中原花青素积累的分子机制，为优化葡萄品质和葡萄酒生产提供理论依据。

 

 

文章链接：https://doi.org/10.1111/tpj.17197

该论文中的亚细胞定位和BiFC实验，使用了我院科学研究中心平台激光共聚焦显微镜（TCS SP8 SR，仪器编号2020373903）。

 

03

 2025年8月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队张朝红教授在Plant, Cell & Environment上发表了题为“Trehalose-6-Phosphate Synthase VvTPS10 Regulates Cold Tolerance by Participating in the CBF Pathway and VvPUB19-Mediated Ubiquitination in Grapevine”的研究论文，该研究揭示了葡萄中II类海藻糖-6-磷酸合成酶基因VvTPS10调控耐寒性的全新机制，为解析植物抗寒分子网络提供了关键新视角。

 

图   VvTPS10通过CBF路径与泛素降解调控葡萄抗寒性机制

文章链接:https://doi.org/10.1111/pce.70108

该论文中的BiFC实验，使用了我院科学研究中心平台激光共聚焦显微镜（TCS SP8 SR，仪器编号2020373903）；叶片耐寒性评估研究，使用了高分辨叶绿素荧光成像仪（HEXAGON-IMAGING-PAM，仪器编号2023719603）。

葡萄果实品质相关研究

01

2025年4月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队徐腾飞副教授在Food Research International发表了题为“Exploring mechanical summer pruning patterns of wine grapes in Northwest China: Effects of different canopy thickness on grape berry and wine aroma characteristics”的研究成果。研究发现新疆天山北麓产区，60cm 冠层厚度更利于‘西拉’葡萄香气物质积累，80cm则适配‘梅洛’，二者对应葡萄酒的香气、味觉表现均更优。研究确定了两款葡萄机械修剪的最佳叶幕厚度，生产中需差异化管理，为当地‘西拉’、‘梅洛’葡萄的标准化机械修剪及优质栽培提供了科学的技术支撑。

 

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.foodres.2025.116414

该论文中有机酸和酚类物质测定，使用了我院科学研究中心平台的高效液相色谱仪（岛津：LC-2030CD，仪器编号：2021010103）。

 

02

 2025年02月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队张朝红教授在葡萄MADS-box转录因子BSISTER基因调控原花青素和白藜芦醇代谢方面取得进展。论文分别在Horticultural Plant Journal上题为“ MADS-box BSISTER transcription factors up-regulate proanthocyanidin biosynthesis in grapevine”和International Journal of Biological Macromolecules上题为“ MADS-box BSISTER transcription factors regulate stilbenes biosynthesis in grapes by directly binding to the promoter of STS48”发表。

 

葡萄富含多酚类化合物的次生代谢产物，因其具有抗氧化、抗病毒、抗肿瘤、抗衰老等功能,引起医药、食品等多领域的关注。葡萄中含量高的有芪类的白藜芦醇、类黄酮的原花青素、花青素等。

原花青素（PAs，Procyanidins），也称作缩合单宁，属于黄酮类聚合物，具有清除人体自由基，预防糖尿病和心血管疾病等功效，因此研究葡萄中PAs合成调控机制具有重要的经济价值。先前的研究表明，BSISTER (BS) 促进了PAs的积累，但其靶基因及其在PAs生物合成中的调控机制尚不清楚。葡萄VviBS1和VviBS2促进原花青素合成并改变PAs各亚基组分。过表达VviBS1和VviBS2的拟南芥tt16突变体及葡萄愈伤中PAs含量显著提高。VviBS1和VviBS2直接结合原花青素单体合成关键基因VviANR1、VviANR2和VviLAR1的启动子并增强基因的表达。此外，VviBS1与VviSEP1，VviSEP2、VviSEP3、VviSEP4、VviFUL1、VviFUL2、VviAGL6a和VviAP1互作；VviBS2除与上述蛋白都互作外，还与VviAGL6b和VviAGL97互作。研究表明互作蛋白中只有VviSEP1、VviSEP3、VviAGL6b和VviFUL1在与VviBS2共同过表达以及单独过表达时都可提高VviLAR1基因启动子活性。表达分析发现VviSEP1和VviSEP3与VviBS2的表达模式相似，在烟草叶片中单独过表达VviSEP1和VviSEP3或者与VviBS2共同过表达时均可提高烟草叶片中PAs含量，表明VviSEP1和VviSEP3参与调控PAs合成。综上，该研究揭示了BS基因在葡萄PAs生物合成中的功能和分子调控机制。

 

 

芪类物质是植物中重要的酚类次生代谢物，具有抗氧化、抗炎和抗衰老作用，在葡萄等植物中参与防御反应。研究在葡萄基因组中鉴定得到3个BS转录因子基因（VviBS1、VviBS2和VviBS3），亚细胞定位实验表明其位于细胞核中。VviBS1和VviBS2的过表达间降低了葡萄愈伤中芪类物质的含量；RNA-seq结果表明VviBS1和VviBS2过表达愈伤中STS基因的表达量明显低于野生型。此外，VviBS1和VviBS2直接结合VviSTS48和VviSTS42的启动子并抑制其转录。综上，VviBS1和VviBS2转录因子可通过下调STS48的基因的表达去调控葡萄中芪类化合物的合成。

 

 

文章链接:

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.138625

https://doi.org/10.1016/j.hpj.2024.11.009

该论文中的亚细胞定位实验，使用了我院科学研究中心平台激光共聚焦显微镜（TCS SP8 SR，仪器编号2020373903）。

 

葡萄无核育种相关研究

01

 2025年4月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队徐炎课题组在Scientia Horticulturae发表了题为“Scientific optimization and application of embryo development medium for seedless grape embryo rescue”的研究成果。本研究借助 D1+PLSR/MLR 的 PPH 识别模型，明确无核与有核葡萄胚珠的氨基酸、矿质元素、可溶性糖变化规律，依物质差异筛选出 AM3 培养基，其较对照 MM3 可使无核葡萄胚挽救的胚发育率、成苗率分别提升 8%、5%，为无核葡萄胚挽救技术优化及高效育种提供了关键的理论依据与技术支撑。

 

图  不同杂交组合分别使用MM3和AM3培养基培养成苗后的对比

（a）‘火焰无核’ב玫瑰香’；（b）‘红斯威特’ב阳光玫瑰’；（c）‘红斯威特’ב新郁’；（d）‘紫脆无核’ב玫瑰香’；（e）‘紫脆无核’ב阳光玫瑰’。

 

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scienta.2025.114176

该论文中的葡萄胚珠有利氨基酸、矿质元素、可溶性糖的测定，使用了我院科学研究中心平台液相色谱-质谱联用仪（LC-MC）检测（QTRAP 5500，AB SCHEX，美国），连续流动分析仪（Flowsys，Systea，意大利），微波消解仪（Multiwave PRO，Anton Paar Gmbh，奥地利）。

 

02

 2025年6月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队徐炎教授在Plant Phenomics发表了题为“Determination of optimal sampling time of grape embryo rescue based on near infrared spectroscopy combined with machine learning, China”的研究成果。基于D1+PLSR或D1+MLR的PPH识别模型，本研究首次提出了一种无损、精准的无籽葡萄胚挽救采样判定方法。该方法显著提升了胚胎发育率（提高15%）和幼苗形成率（提高14%），为加快无籽葡萄新品种的选育进程提供了新的思路与技术路径。

 

图   基于近红外光谱结合机器学习的果皮刺破硬度（PPH）检测模型构建过程

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.plaphe.2025.100044

该论文中的葡萄果实硬度测定，使用了我院科学研究中心平台TA.XT plus质构仪。

 

03

 2025年8月，西北农林科技大学葡萄种质资源与遗传育种研究团队徐炎教授/刘国甜副教授在Horticulture Plant Journal发表了题为“Enhancing the efficiency of embryo rescue breeding in seedless grape via direct transformation of abnormal seedlings and secondary embryos”的研究成果。采用直接转化法与次生胚成苗技术，从 1773 株胚挽救畸形苗中成功获得 706 株正常苗，将胚挽救整体效率提升 5%-7%。同时，从胚挽救畸形苗下胚轴分化出可重复利用的体细胞胚，成功建立葡萄幼苗下胚轴诱导体细胞胚的再生体系，为葡萄遗传转化体系后续研究提供了优质受体材料，兼具重要实践价值与创新意义。

图   无核葡萄胚拯救技术的优化及应用

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014125001876

 

2023-2025年葡萄种质资源与遗传育种研究团队论文成果