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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)及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的建立，在植物的生長發(fā)育和耐逆抗病過程中都發(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，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蛋白通過直接激活RD29A和NCED3基因的表達(dá)水平來抵抗干旱脅迫逆境。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，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，表明adt突變體植物對ABA的反應(yīng)比野生型植物更為敏感，同時(shí)也增強(qiáng)了對鹽脅迫和滲透脅迫的耐受性。

綜上所述，擬南芥WRKY57基因的激活表達(dá)增強(qiáng)了植物對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)可以作為信號物質(zhì)和滲透物質(zhì)，不僅可以啟動(dòng)下游的信號轉(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，通過對WRKY57基因的功能研究可以指導(dǎo)我們通過基因操作手段來改善植物的抗旱性。

相關(guān)研究工作Activated Expression of WRKY57 Confers Drought Tolerance in Arabidopsis為題，在線發(fā)表于國際知名學(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)基因植物專項(xiàng)基金、中國科學(xué)院科學(xué)基金和國家自然科學(xué)基金資助。