转录因子WRKY57调控拟南芥干旱耐受能力

西双版纳热带植物园,2012-09-03

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。

论文链接：Activated Expression of WRKY57 Confers Drought Tolerance in Arabidopsis （Molecular Plant，doi:10.1093/mp/sss080）