福建农林大学何水林团队揭示WRKY转录因子胁迫耐受性调控元件

来源：植物生物学

植物在长期进化过程中，形成了多种精妙的防御机制和复杂的信号网络，从而迅速地感知外界环境变化，调控基因表达，以抵抗和耐受各种生物和非生物的胁迫。在转录调控网络中，胁迫响应基因的功能通常是相互关联的，而揭示这种应激响应转录网络是如何运作的，是目前植物研究的一个主要目标。基因表达的转录调控在植物响应胁迫过程中起重要作用，WRKY转录因子是植物中最大的转录因子家族之一。WRKR是植物特有的锌指型转录调控因子，因在其N-端含有由WRKYGQK组成的高度保守的7个氨基酸序列而得名。另外，WRKY转录因子的DNA结合域一般都还含有一个锌指结构。WRKY转录因子的WRKY结构域能特异性的与(T)(T)TGAC(C/T)序列（W-box）结合，调节启动子中含有该元件的相关功能基因的表达，参与植物各种重要生理应答。研究发现，WRKY转录因子更多地参与调控抗病、冷冻、干旱等胁迫响应。辣椒是一种重要的茄科作物，在连作障碍的影响下，辣椒对青枯病和疫霉病等土传病害比较敏感，且高温高湿环境可促使病情加重。针对这种双重胁迫，一些辣椒品种已具备特定的防御策略，但其潜在机制尚不清楚。近日，福建农林大学何水林教授团队为解析这一响应机制在分子植物病理学期刊Molecular Plant Pathology在线发表了题为“A conserved double‐W box in the promoter of CaWRKY40 mediates autoregulation during response to pathogen attack and heat stress in pepper”的研究论文。该团队已有的研究发现，辣椒WRKY家族成员CaWRKY40（NM_001325081.1）受青枯菌接种（RSI）、热胁迫（HS）以及水杨酸、茉莉酸等的诱导并上调表达，且CaWRKY40的异位表达赋予了转基因烟草耐热性并增强了对青枯病菌侵染的抗性。然而，CaWRKY40是如何被转录调控并参与茄科的防御和耐热性途径，目前尚不清楚。本研究中，作者对CaWRKY40启动子进行了分离和顺式作用元件预测，鉴定出9个W-box基序。启动子GUS活性分析表明，CaWRKY40可被自身以及CaWRKY58、CaWRKY27非特异调控。利用5组5ʹ-端启动子缺失实验，鉴定出−1,802～−1,464启动子区域含有对CaWRKY40胁迫响应至关重要的功能区。进一步分析研究发现，该启动子区域包含两个紧密排列的W-box相关基序（GTGACTTTGACA），将其命名为双W-box元件（DWE）。DWE不同类型缺失结合GUS活性分析表明，DWE元件负责CaWRKY40基因的诱导表达并介导辣椒对RSI和HS的响应，且CaWRKY40本身可直接与DWE的W-box结合（图1）。图1. CaWRKY40−1,802 to −1,464中CaDWE的反式激活分析进一步验证发现，DWE对CaWRKY40基因的诱导表达至关重要，且作为关键顺式元件，在辣椒对青枯菌侵染和热激胁迫响应中发挥重要作用（图2）。图2. DWE对青枯菌诱导的CaWRKY40的基因表达与功能发挥是必需的综上，本研究为CaWRKY40 介导辣椒对RSI和HS的响应主要是由其启动子上的DWE元件决定的这一结论提供了支持。另外，本研究指出DWE介导的WRKY40对RSI和HS的响应可能是植物物种间的保守机制。该项工作得到了福建农林大学优秀青年基金、国家自然科学基金以及闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室等的支持。