版納園研究揭示轉錄因子WRKY57調控擬南芥干旱耐受能力

　　干旱是限制農作物產量和品質的重要環境因子之一，但是植物對干旱耐受性的潛在分子機制卻仍不清楚。據報道，WRKY轉錄因子在植物適應非生物脅迫過程中起著重要的作用。WRKY蛋白質是一個轉錄調控因子大家族，在擬南芥中有74個成員，大量研究證實，WRKY基因家族各成員參與調控植物的抗逆反應及其信號轉導途徑的建立，在植物的生長發育和耐逆抗病過程中都發揮著極其重要的調控作用。

　　最近，西雙版納熱帶植物園植物分子生物學研究組通過篩選擬南芥WRKY家族成員基因相關的T-DNA插入的突變體種子庫，得到一個功能獲得性突變體，并命名為干旱耐受性 (acquired drought tolerance, adt) 突變體。生理生化分析表明，在干旱脅迫條件下，adt突變體增強了擬南芥對干旱的耐受性，主要表現為adt突變體植物葉片細胞內積累更高濃度的ABA，且其氣孔對外源ABA處理更加敏感。分子遺傳學分析表明，adt突變體是由于在WRKY57基因的啟動子區域有一個T-DNA插入而導致了WRKY57基因的表達被激活。進一步分析證實，過表達WRKY57基因的轉基因植株表現出相似于adt突變體的干旱耐受性。與其表型相對應，三個脅迫相關基因 (RD29A, NCED3 和ABA3) 的表達量在adt突變體和WRKY57過表達轉基因植株中都顯著提高，與這些植物體內存在較高水平的ABA含量相一致。染色質免疫共沉淀實驗結果證實，WRKY57轉錄因子可以直接結合到RD29A和NCED3啟動子的W-box上，表明在干旱脅迫條件下，WRKY57蛋白通過直接激活RD29A和 NCED3基因的表達水平來抵抗干旱脅迫逆境。另外，外源ABA處理抑制了adt的種子萌發和幼苗的早期生長，而鹽脅迫和滲透脅迫下adt突變體植物則表現出比野生型植物更高的萌發率和更好的生長，表明adt突變體植物對ABA的反應比野生型植物更為敏感，同時也增強了對鹽脅迫和滲透脅迫的耐受性。

　　綜上所述，擬南芥WRKY57基因的激活表達增強了植物對干旱逆境脅迫的耐受性，主要原因是WRKY57轉錄因子可以直接激活ABA合成途徑的重要功能基因NCED3表達，導致植物體內ABA含量的增加。ABA含量的增加能夠迅速地誘導氣孔關閉，減少水分喪失;同時可以作為信號物質和滲透物質，不僅可以啟動下游的信號轉導，而且還可以調節植物體內的滲透壓增強抗旱能力。因此，通過對WRKY57基因的功能研究，可以指導人們通過基因操作手段來改善植物的抗旱性。

　　相關研究工作以Activated Expression of WRKY57 Confers Drought Tolerance in Arabidopsis為題，在線發表于國際學術刊物Molecular Plant (doi:10.1093/mp/sss080)上。

　　該研究得到農業部轉基因植物專項基金、中國科學院科學基金和國家自然科學基金資助。