摘要：2024年11月29日Molecular Plant在线发表了四川大学生命科学学院刘唤唤课题组题为“Allelic variation in the promoter ofWRKY22enhances humid adaptation of Arabidops

MolPlant | 四川大学刘唤唤课题组揭示了植物适应长江流域湿润多雨生境的分子遗传机制

Abstract

摘 要

2024年11月29日Molecular Plant 在线发表了四川大学生命科学学院刘唤唤课题组题为“Allelic variation in the promoter of WRKY22 enhances humid adaptation of Arabidopsis thaliana”的研究论文。该成果成功鉴定到了另外一个水淹抗性主效QTL位点WRKY22，并揭示其表达受多个转录因子的正负调控。研究指出，WRKY22启动区自然变异通过阻止ARRs转录因子的抑制作用，增强植物的水淹抗性。此外，研究还发现WRKY22在油菜中同样可以正调控水淹抗性。这些发现为作物抗涝遗传改良及分子设计育种提供了新的基因资源和理论基础。

研究背景

全球气候变化导致极端天气频发，洪水事件显著增加，严重影响了自然植被和农作物，造成巨大的经济损失。长江流域受亚热带季风气候影响，湿润多雨，涝害频发尤为明显。为解析植物抗涝的分子遗传机制，四川大学刘唤唤与刘建全课题组合作，通过研究自然分布在长江流域的四川生态型拟南芥，成功定位了抗涝QTL位点RAP2.12，并揭示了以拟南芥为代表的植物抗涝分子遗传机制（Lou et al., 2022）。这一发现为培育耐涝作物品种提供了理论依据和基因资源，但仍需深入挖掘更多关键基因及分子机制，以全面提升作物的抗涝能力。

研究结果

该研究通过图位克隆成功鉴定到了位于四号染色体上与水淹耐受性相关的主效QTL位点WRKY22，进一步比较西藏和四川生态型拟南芥WRKY22等位变异发现，位于启动子ATG位点上游-107 bp处的TA缺失是导致四川生态型具有水淹耐受性的主要原因，该变异与全球拟南芥生态型的年降水量密切相关，推测可能促进了拟南芥起源后扩张过程中对长江流域湿润多雨生境的适应性。WRKY22启动区的TA缺失阻碍了其被磷酸化的ARRs的抑制调控，维持了WRKY22在湿润多雨生境中的高表达。该研究还发现WRKY22启动子区的WT box元件在湿润和干旱地区生态型拟南芥材料中没有变异，均在水淹响应中受WRKY70转录因子结合，并上调WRKY22的表达。

WRKY22基因的非编码区介导了拟南芥的水淹耐受性

此外，该研究还发现WRKY22能够在水淹胁迫下通过乙烯信号通路促进RAP2.12的表达，两个QTL位点协同促进植物的水淹抗性。同时该研究还在甘蓝型油菜中获得了WRKY22直系同源基因BnaC2.WRKY22的过表达转基因材料，进一步研究发现过表达BnaC2.WRKY22也能提高油菜的水淹耐受性。这些研究结果表明，WRKY22是重要的抗涝基因资源，未来可通过基因编辑技术实现作物的耐涝遗传改良。

WRKY22-RAP2.12模块调控拟南芥水淹耐受的分子机理示意图

综上所述，主效QTLs WRKY22与RAP2.12均在植物适应湿润多雨生境中发挥了关键作用，通过ARRs和WRKY70转录因子来介导其参与植物水淹胁迫的应答。同时，该研究还证实了WRKY22在增强甘蓝型油菜水淹胁迫耐受性中的核心功能，表明该基因功能在近缘物种中具有保守性。这一发现对于指导耐涝作物品种的遗传改良与选育具有重要指导意义。

四川大学硕士生梁如韵、谭璐娜、郭湘和博士研究生娄尚灵为该论文的共同第一作者，刘唤唤副研究员为通讯作者。但旭明、韩雨、杨开和张涵博士/硕士研究生及本科生曾诚等参与了该项研究工作。感谢四川大学刘建全教授和王婧教授在研究中提供的建议和指导，感谢四川省农业科学院胡彬华副研究员和中科院重庆研究院贾伟涛博士提供的重要帮助。该工作得到了国家自然科学基金委、四川省自然科学基金等的资助。

1.Lou SL, Guo X, Liu L, Song Y, Zhang L, Jiang YZ, Zhang LS, Sun PC, Liu B, Tong SF, Chen NN, Liu M, Zhang H, Liang RY, Feng XQ, Zheng YD, Liu HH*, Holdsworth MJ*, Liu JQ*. (2022). Allelic shift in cis-elements of RAP2.12 transcription factor underlies adaptation associated with humidity in Arabidopsis thaliana. Science Advances, May 6; 8(18): eabn8281.

2.Liang RY#, Tan LN#, Guo X#, Lou SL#, et al., (2024). Allelic variation in the promoter of WRKY22 enhances humid adaptation of Arabidopsis thaliana.Molecular Plant.

来源：尔耳说科学