The Crop Journal | 福建农林大学揭示甘蔗ScWRKY4通过JA信号通路调控植物抗病性

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

甘蔗黑穗病是由黑粉菌（Sporisorium scitamineum）引起的一种世界性真菌病害，严重危害甘蔗产业的良性健康可持续发展。研究发现，当植物在生长发育过程中受到逆境胁迫时，会在植物体内形成复杂的防御调控网络，转录因子在此期间发挥重要调节作用。目前，一些逆境胁迫相关的转录因子已被报道，包括WRKY、MYB、NAC、bZIP、C2H2 zinc finger protein、SPL、DREB和CDFs等。WRKY转录因子作为植物转录调节因子中最大的家族之一，在植物抗病性形成方面起着重要作用。迄今，关于甘蔗WRKY转录因子的鉴定和抗病功能研究鲜少报道。因此，挖掘WRKY转录因子并探究其抗病功能和作用机制对甘蔗抗黑穗病分子育种具有重要意义。

近日，福建农林大学农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室阙友雄研究员和苏亚春副研究员在The Crop Journal在线发表了题为“Sugarcane transcription factor ScWRKY4 negatively regulates resistance to pathogen infection through the JA signaling pathway”的研究论文，揭示了甘蔗转录因子ScWRKY4负调控植物对病原菌的防御反应，并深入探究ScWRKY4可能通过结合ScJAZ13蛋白并抑制其表达，进而调节植物对病原菌抗性的分子机制。

该研究发现甘蔗WRKY基因家族成员广泛参与生物胁迫响应和防御反应（图1），并从甘蔗品种ROC22中克隆到WRKY基因家族的IIc类成员ScWRKY4。ScWRKY4基因在激素水杨酸（salicylic acid，SA）和茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）胁迫下可被诱导表达。令人兴奋的是，该基因在抗黑穗病甘蔗品种中下调表达，而在感黑穗病甘蔗品种中上调表达（图2A）。ScWRKY4基因在烟草中的稳定过表达增加了烟草对茄病镰刀菌蓝色变种（Fusarium solani var. coeruleum）的敏感性，同时引起HR标记基因（NbHSR201和NbHSR515）、SA信号通路相关基因（NbPR2和NbPR3）、JA信号通路相关基因（NbLOX1和NbDEF1）和ROS相关基因（NbCAT1）的下调表达（图3A, D–G）。RNA-seq结果表明，过表达ScWRKY4的转基因烟草植株中， JAZ基因在植物激素信号转导通路中的表达受到抑制（图4A）。Y2H、BiFC和Co-IP证实ScWRKY4与ScJAZ13在细胞核发生相互作用（图5A, B, C）。进一步的研究还发现，ScWRKY4会抑制ScJAZ13的表达（图5D, E）。在烟草中瞬时过表达ScJAZ13，降低了植株对茄病镰刀菌蓝色变种的防御，并导致免疫标记相关基因的下调表达（图5F, G）。基于以上研究结果，揭示了ScWRKY4可能通过JA信号通路参与植物抗病性的调控网路（图6）。该研究为进一步探究ScWRKY4在甘蔗中的抗病作用机制奠定了基础。

图1 甘蔗WRKY基因家族成员的GO富集分析

图2 ScWRKY4基因的表达分析

图3 过表达ScWRKY4的转基因烟草植株对茄病镰刀菌蓝色变种的抗性鉴定

图4 ScWRKY4基因调控的抗病通路中关键基因的表达

图5 ScWRKY4与ScJAZ13互作并抑制其表达

图6 甘蔗ScWRKY4基因在病原菌胁迫下的调控机制模型

作者和基金项目

福建农林大学农学院在读博士研究生王东姣为该文第一作者，福建农林大学甘蔗综合研究所/农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室/国家甘蔗工程技术研究中心/农学院苏亚春副研究员和中国热带农业科学院甘蔗研究中心主任/热带生物技术研究所/热带作物生物育种全国重点实验室/福建农林大学阙友雄研究员为该文共同通信作者。该研究得到国家重点研发计划（2022YFD2301100和2019YFD1000503）、福建省自然科学基金（2021J01137）、福建农林大学科技创新专项基金（CXZX202081A）和国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-17）等项目资助。

本文转载自The Crop Journal

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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