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WRKY转录因子在植物生长中的重要调控作用

核心提示:干旱是限制农作物产量和品质的重要环境因子之一,但是植物对干旱耐受性的潜在分子机制却仍不清楚。据报道,WRKY转录因子在植物适应非生物胁迫过程中起着重要的作用。

  【中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2012年9月4日讯  干旱是限制农作物产量和品质的重要环境因子之一,但是植物对干旱耐受性的潜在分子机制却仍不清楚。据报道,WRKY转录因子在植物适应非生物胁迫过程中起着重要的作用。

  WRKY蛋白质是一个转录调控因子大家族,在拟南芥中有74个成员,大量研究证实,WRKY基因家族各成员参与调控植物的抗逆反应及其信号转导途径的建立,在植物的生长发育和耐逆抗病过程中都发挥着极其重要的调控作用。

  最近,西双版纳热带植物园植物分子生物学研究组通过筛选拟南芥WRKY家族成员基因相关的T-DNA插入的突变体种子库,得到一个功能获得性突变体,并命名为干旱耐受性 (acquired drought tolerance, adt) 突变体。

  生理生化分析表明,在干旱胁迫条件下,adt突变体增强了拟南芥对干旱的耐受性,主要表现为adt突变体植物叶片细胞内积累更高浓度的ABA,且其气孔对外源ABA处理更加敏感。

  分子遗传学分析表明,adt突变体是由于在WRKY57基因的启动子区域有一个T-DNA插入而导致了WRKY57基因的表达被激活。进一步分析证实,过表达 WRKY57基因的转基因植株表现出相似于adt突变体的干旱耐受性。与其表型相对应,三个胁迫相关基因(RD29A, NCED3 和ABA3) 的表达量在adt突变体和WRKY57过表达转基因植株中都显著提高,与这些植物体内存在较高水平的ABA含量相一致。

  染色质免疫共沉淀实验结果证实,WRKY57转录因子可以直接结合到RD29A和NCED3启动子的W-box上,表明在干旱胁迫条件下,WRKY57蛋白通过直接激活RD29A和 NCED3基因的表达水平来抵抗干旱胁迫逆境。

  另外,外源ABA处理抑制了adt的种子萌发和幼苗的早期生长,而盐胁迫和渗透胁迫下adt突变体植物则表现出比野生型植物更高的萌发率和更好的生长,表明adt突变体植物对ABA的反应比野生型植物更为敏感,同时也增强了对盐胁迫和渗透胁迫的耐受性。

  综上所述,拟南芥WRKY57基因的激活表达增强了植物对干旱逆境胁迫的耐受性,主要原因是WRKY57转录因子可以直接激活ABA合成途径的重要功能基因NCED3表达,导致植物体内ABA含量的增加。ABA含量的增加能够迅速地诱导气孔关闭,减少水分丧失;同时可以作为信号物质和渗透物质,不仅可以启动下游的信号转导,而且还可以调节植物体内的渗透压增强抗旱能力。因此,通过对WRKY57基因的功能研究,可以指导人们通过基因操作手段来改善植物的抗旱性。

  相关研究工作以 Activated Expression of WRKY57 Confers Drought Tolerance in Arabidopsis为题,在线发表于国际学术刊物Molecular Plant (doi:10.1093/mp/sss080)上。

  该研究得到农业部转基因植物专项基金、中国科学院科学基金和国家自然科学基金资助。

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实习编辑:Cassie

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