近日，我校生命科學(xué)學(xué)院黨峰峰博士后與合作者在園藝領(lǐng)域的權(quán)威期刊Horticulture Research雜志（中科院一區(qū)TOP，IF 7.291）發(fā)表了題為“SlWRKY30 and SlWRKY81 synergistically modulate tomato immunity to Ralstonia solanacearum by directly regulating SlPR-STH2”的研究論文，揭示了“SlWRKY30-SlWRKY81”模塊通過協(xié)同激活病原菌相關(guān)蛋白SlPR-STH2的表達(dá)提高番茄青枯病抗性的分子機(jī)制。論文在線網(wǎng)址（https://doi.org/10.1093/hr/uhad050）。
番茄（Solanum lycopersicum）在世界各地廣泛栽培，是具有重要經(jīng)濟(jì)價值的水果和蔬菜兼用植物。然而在番茄設(shè)施栽培中，由弱光和高濕引起的各種病害日趨嚴(yán)重，其中包括番茄青枯病。青枯病是一種維管束土傳性病害，其致死性高、宿主范圍廣、地理分布寬而被認(rèn)為是最有破壞性的植物病害。番茄青枯病的致病菌是茄科勞爾氏菌（Ralstonia solanacearum），簡稱青枯菌，主要隨病株殘體在田間土壤中越冬，病株的葉片自上而下萎蔫，并在數(shù)天后擴(kuò)散至全株造成死亡，嚴(yán)重影響番茄的產(chǎn)量與品質(zhì)。
圖1：番茄設(shè)施栽培中青枯病癥狀圖
植物的抗病性在很大程度上受到轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)錄因子（Transcription Factor, TF）作為關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子通過整合防御反應(yīng)信號并將其轉(zhuǎn)化為大量基因的轉(zhuǎn)錄重排從而引起抗病水平的增強(qiáng)。WRKY蛋白是植物中最大的TF家族之一，其成員包含至少一個保守的WRKY結(jié)構(gòu)域，通過與靶基因啟動子區(qū)域中的W-box [(C/T)TGAC(C/T)]結(jié)合，直接激活或抑制靶基因的表達(dá)，從而正或負(fù)調(diào)控植物的免疫反應(yīng)。一些WRKY TFs通過轉(zhuǎn)錄水平的變化在植物抵抗病原菌侵染過程中扮演了重要角色，或多個WRKY成員通過蛋白之間相互作用形成WRKY-WRKY調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，快速和有效地激活植物免疫防御。然而，WRKY TF如何互作調(diào)控番茄抗青枯病尚不清楚。
該研究通過分析番茄WRKY第三亞家族成員SlWRKY30、SlWRKY41、SlWRKY52、SlWRKY53、SlWRKY54、SlWRKY59、SlWRKY80和SlWRKY81在青枯菌侵染和外源水楊酸（salicylic acid，SA）處理后的表達(dá)變化，發(fā)現(xiàn)青枯菌侵染和外源SA處理顯著誘導(dǎo)了SlWRKY30的表達(dá)，轉(zhuǎn)錄激活活性和亞細(xì)胞定位分析發(fā)現(xiàn)SlWRKY30具有轉(zhuǎn)錄激活活性且定位于細(xì)胞核。系統(tǒng)進(jìn)化樹顯示，SlWRKY30與辣椒CaWRKY41具有較高的同源性，課題組早期研究發(fā)現(xiàn)，CaWRKY41正調(diào)控了辣椒對青枯病的抗性 (Dang et al., 2019)。隨后，該研究通過對SlWRKY30過量表達(dá)番茄株系（OE6和OE8）、沉默株系（TRV:Slwrky30）和對照株系的青枯菌侵染后的抗性分析、DAB和Tryblue染色發(fā)現(xiàn)，SlWRKY30正調(diào)控了番茄對青枯病的抗性。RNA-seq和RT-qPCR分析發(fā)現(xiàn)，青枯菌侵染后SlWRKY30上調(diào)一組病程相關(guān)蛋白SlPR-STH2a、SlPR-STH2b、SlPR-STH2c和SlPR-STH2d （隨后稱SlPR-STH2）的表達(dá)，且他們氨基酸序列同源性超過70%。先前研究表明，病原菌侵染可以強(qiáng)烈誘導(dǎo)SlPR-STH2基因的表達(dá)以及不同物種中SlPR-STH2蛋白具有較高的保守性 (Du et al., 2017; Yang et al., 2022)。進(jìn)一步，雙熒光素報告系統(tǒng)和EMSA結(jié)果表明，SlWRKY30通過直接與啟動子中的W-box結(jié)合來激活SlPR-STH2的表達(dá)。上述這些研究結(jié)果表明SlWRKY30通過直接激活SlPR-STH2的表達(dá)增強(qiáng)了番茄對青枯病的抗性。
該研究進(jìn)一步通過分子生物學(xué)和生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)，SlWRKY30與SlWRKY Ⅲ亞族成員SlWRKY81存在蛋白質(zhì)相互作用。此外，SlWRKY81的沉默降低了番茄對青枯病抗性，且SlWRKY81通過直接與啟動子中的W-box結(jié)合來激活SlPR-STH2的表達(dá)。最后，通過煙草瞬間表達(dá)系統(tǒng)和EMSA證實(shí)了SlWRKY30與SlWRKY81通過蛋白互作進(jìn)協(xié)同激活了相關(guān)蛋白SlPR-STH2的表達(dá)。
圖2：SlWRKY30和SlWRKY81協(xié)同提高番茄青枯病抗性的模式圖
綜述所述，SlWRKY30和SlWRKY81通過協(xié)同激活SlPR-STH2的表達(dá)提高了番茄對青枯病的抗性。
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后黨峰峰為論文第一作者。該研究得到了中國博士后基金和廣東省青年聯(lián)合基金等項目的資助。
圖文/生命科學(xué)學(xué)院
