文獻題目：The transcription factor TaWRKY58 coordinates growth and drought sensitivity in wheat by repressing TaLRR and TaBCS1

發(fā)表期刊：PLOS Genetics

影響因子：3.9

物種：小麥

發(fā)表時間：2026年4月

發(fā)表單位：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)

藍景科信提供：DAP-seq技術(shù)服務(wù)

主要研究內(nèi)容

小麥?zhǔn)侨蚝诵募Z食作物，憑借其適應(yīng)性強、產(chǎn)量高、易儲存、加工用途廣泛等突出優(yōu)勢發(fā)揮著不可替代的作用。小麥生育期常面臨各類生物與非生物脅迫，想要穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，必須平衡自身生長發(fā)育與逆境脅迫適應(yīng)能力。WRKY轉(zhuǎn)錄因子是調(diào)控植物生長代謝與脅迫應(yīng)答的關(guān)鍵元件，廣泛參與小麥抗逆與生長調(diào)控過程，目前小麥WRKY基因家族中，僅少數(shù)成員的生物學(xué)功能得到解析，絕大多數(shù)家族基因的分子調(diào)控通路與作用機制仍缺乏系統(tǒng)闡釋。。先前研究表明TaWRKY58參與小麥紫外脅迫、熱脅迫、病原菌抗性及水楊酸合成等過程，但該基因調(diào)控小麥生長與抗逆平衡的分子機制及下游靶基因仍未得到系統(tǒng)解析。

本研究以小麥TaWRKY58為研究對象，通過生物信息學(xué)分析、亞細(xì)胞定位觀察及多脅迫表達模式檢測，明確TaWRKY58的基因分類特征、細(xì)胞核定位特性以及廣譜脅迫誘導(dǎo)表達規(guī)律。TILLING突變體與TaWRKY58過表達轉(zhuǎn)基因材料表型與生理鑒定結(jié)果表明TaWRKY58負(fù)調(diào)控赤霉素積累，進而抑制小麥株高、推遲開花；該基因僅特異性負(fù)調(diào)控小麥干旱響應(yīng)通路，對小麥赤霉病抗性、耐鹽能力無明顯調(diào)控作用。

為解析TaWRKY58全基因組調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，本研究利用DAP-seq篩選其DNA結(jié)合位點，共得到754059個高置信結(jié)合峰，顯著富集于基因轉(zhuǎn)錄起始位點上游1kb近端啟動子區(qū)域；motif分析顯示TaWRKY58依賴W-box元件識別靶序列。GO富集顯示靶基因集中參與蛋白Ser/Thr激酶活性、碳水結(jié)合等通路，關(guān)聯(lián)植株信號傳導(dǎo)、能量代謝與逆境響應(yīng)進程。qRT-PCR、EMSA與雙熒光素酶實驗進一步鎖定TaLRR、TaBCS1為TaWRKY58下游核心靶基因且TaWRKY58可特異性結(jié)合兩個靶基因啟動子上W-box順式元件，并顯著抑制二者的轉(zhuǎn)錄表達。遺傳突變體生理試驗證實，干旱脅迫下，TaLRR、TaBCS1表達顯著上調(diào)；兩個突變體均對干旱高度敏感，干旱處理后可溶性糖含量大幅下降、赤霉素含量顯著降低。TaWRKY58通過分別抑制TaLRR、TaBCS1，協(xié)同調(diào)控小麥株高與干旱敏感性。

綜上，TaWRKY58作為轉(zhuǎn)錄抑制子，形成一套完整調(diào)控模塊，通過協(xié)同調(diào)控信號通路與線粒體能量代謝，精細(xì)權(quán)衡小麥生長發(fā)育和干旱脅迫適應(yīng)的平衡關(guān)系。本研究為定向改良小麥、培育環(huán)境波動下產(chǎn)量穩(wěn)定、抗逆優(yōu)良的新品種提供理論基礎(chǔ)與育種策略。

圖1.DAP-seq鑒定TaWRKY58的靶基因。（A）TaWRKY58結(jié)合峰在各基因組功能區(qū)域的分布情況。（B）TaWRKY58結(jié)合峰在轉(zhuǎn)錄起始位點（TSS）上下游1kb區(qū)間內(nèi)的富集分布。（C）在TaWRKY58結(jié)合峰中從頭挖掘得到的顯著富集結(jié)合基序Motif1。（D）Motif1相對于結(jié)合峰中心的位置分布頻率。（E）含Motif1靶基因中富集程度的分子功能（GO分析）。

圖2.TaWRKY58介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制的分子機制。（A）Z60時期野生型與Δtawrky58突變體穗軸中TaLRR、TaBCS1的相對表達量。（B）EMSABio標(biāo)記探針及競爭實驗設(shè)計示意圖。（C）AlphaFold預(yù)測TaWRKY58與Motif1關(guān)鍵結(jié)合位點。（D）EMSA驗證TaWRKY58結(jié)合TaLRR啟動子。（E）EMSA檢測TaWRKY58結(jié)合TaBCS1啟動子及4種突變探針，M1探針無結(jié)合條帶。（F）雙熒光素酶試驗證明TaWRKY58抑制TaLRR啟動子活性。（G）水稻原生質(zhì)體中標(biāo)準(zhǔn)化熒光素酶比值（LUC/REN），證明TaWRKY58抑制TaLRR、TaBCS1啟動子。

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