干旱是限制農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要環(huán)境因子之一，但是植物對(duì)干旱耐受性的潛在分子機(jī)制卻仍不清楚。據(jù)報(bào)道WRKY轉(zhuǎn)錄因子在植物適應(yīng)非生物脅迫過(guò)程中起著重要的作用。WRKY蛋白質(zhì)是一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子大家族，在擬南芥中有74個(gè)成員，大量研究證實(shí)，WRKY基因家族各成員參與調(diào)控植物的抗逆反應(yīng)及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的建立，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育和耐逆抗病過(guò)程中都發(fā)揮著極其重要的調(diào)控作用。

　　最近，植物分子生物學(xué)研究組通過(guò)篩選擬南芥WRKY家族成員基因相關(guān)的T-DNA插入的突變體種子庫(kù)，得到一個(gè)功能獲得性突變體并命名為干旱耐受性(acquired drought tolerance, adt)突變體。生理生化分析表明，在干旱脅迫條件下adt突變體增強(qiáng)了對(duì)干旱的耐受性，主要表現(xiàn)為adt突變體植物葉片細(xì)胞內(nèi)積累更高濃度的ABA、其氣孔對(duì)外源ABA處理更加敏感。分子遺傳學(xué)分析表明，adt突變體是由于在WRKY57基因的啟動(dòng)子區(qū)域有一個(gè)T-DNA插入而導(dǎo)致了WRKY57基因的表達(dá)被激活。進(jìn)一步分析證實(shí)，過(guò)表達(dá)WRKY57基因的轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出相似于adt突變體的干旱耐受性。跟其表型相對(duì)應(yīng)，三個(gè)脅迫相關(guān)基因(RD29A,NCED3和ABA3)的表達(dá)量在adt突變體和WRKY57過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株中都顯著提高，與這些植物體內(nèi)存在較高水平的ABA含量相一致。染色質(zhì)免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，WRKY57轉(zhuǎn)錄因子可以直接結(jié)合到RD29A和NCED3啟動(dòng)子的W-box上，表明在干旱脅迫條件下WRKY57蛋白通過(guò)直接激活RD29A和NCED3基因的表達(dá)水平來(lái)抵抗干旱脅迫逆境。另外，外源ABA處理抑制了adt的種子萌發(fā)和幼苗的早期生長(zhǎng)，而鹽脅迫和滲透脅迫下adt突變體植物則表現(xiàn)出比野生型植物更高的萌發(fā)率和更好的生長(zhǎng)，表明adt突變體植物對(duì)ABA的反應(yīng)比野生型植物更為敏感，同時(shí)也增強(qiáng)了對(duì)鹽脅迫和滲透脅迫的耐受性。

對(duì)照

　　綜上所述，擬南芥WRKY57基因的激活表達(dá)增強(qiáng)了植物對(duì)干旱逆境脅迫的耐受性，主要原因是WRKY57轉(zhuǎn)錄因子可以直接激活A(yù)BA合成途徑的重要功能基因NCED3表達(dá)，導(dǎo)致植物體內(nèi)ABA含量的增加。ABA含量的增加能夠迅速地誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，減少水分喪失；同時(shí)可以作為信號(hào)物質(zhì)和滲透物質(zhì)，不僅可以啟動(dòng)下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)而且還可以調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的滲透壓增強(qiáng)抗旱能力。因此，通過(guò)對(duì)WRKY57基因的功能研究可以指導(dǎo)我們通過(guò)基因操作手段來(lái)改善植物的抗旱性。

　　相關(guān)研究工作以“Activated Expression of WRKY57 Confers Drought Tolerance in Arabidopsis”為題，在線發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)刊物Molecular Plant（doi:10.1093/mp/sss080）雜志上。該研究得到農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因植物專(zhuān)項(xiàng)基金、中國(guó)科學(xué)院科學(xué)基金和國(guó)家自然科學(xué)基金資助。