Elymus nutans 的转录因子 EnWRKY41 通过抑制 EnGlu1 的活性来减少钙质沉积，从而负调控拟南芥（Arabidopsis thaliana）的耐旱性

《Journal of Plant Physiology》：Elymus nutans transcription factor EnWRKY41 negatively regulates Arabidopsis thaliana drought tolerance by reducing callose deposition via EnGlu1

耐旱转录因子EnWRKY41通过调控下游靶基因EnGlu1影响植物抗旱性，抑制果胶沉积和细胞屏障功能。

　　

邢世琦|刘忠平|姜嘉欣|王杰|熊平|刘子山|周华鹏|常丹

教育部生物资源与生态环境重点实验室，四川大学生命科学学院山地植物离体保存与资源利用实验室，中国成都610064

摘要

作为全球性的环境挑战，干旱胁迫严重限制了植物的生长发育。因此，在气候变化的背景下，提高植物的抗旱性具有重要意义。转录调控对植物的应激反应和耐受性至关重要。本研究利用拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为异源系统，探讨了来自牧草Elymus nutans的WRKY转录因子EnWRKY41在抗旱中的作用。首先，我们对Elymus nutans的两个野生品系进行了RNA-seq分析，以识别参与干旱响应的潜在转录因子（TFs），RNA-seq数据表明EnWRKY41可能是Elymus nutans干旱响应中的关键介质。进一步分析显示，EnWRKY41在Elymus nutans中受干旱诱导，并且其异源过表达显著降低了拟南芥的抗旱性。转基因植物在干旱响应过程中表现出气孔关闭能力减弱、活性氧积累增加以及渗透调节能力下降。电泳迁移实验和双荧光素酶报告基因实验证实，EnWRKY41直接结合到编码β-1,3-葡聚糖酶的基因EnGlu1的启动子中的W-box序列并激活其表达。同样，过表达EnGlu1的植物也表现出与过表达EnWRKY41的植物相似的干旱敏感表型。此外，干旱胁迫显著增强了野生型拟南芥中的胼胝质沉积，而在过表达EnWRKY41或EnGlu1的植物中这一过程被显著抑制。这些结果表明，EnWRKY41-EnGlu1模块可能通过减少胼胝质沉积和破坏细胞屏障功能来负调控植物的抗旱性。

引言

植物会受到多种生物和非生物胁迫的影响，这些胁迫会严重阻碍它们的生长发育。其中，干旱胁迫是全球主要的非生物限制因素，极大地限制了作物产量和生态系统的保护（1）。尽管在模式植物中已经深入研究了相关的信号网络，但牧草对干旱胁迫的响应机制及其调控机制仍不明确。Elymus nutans是一种多年生草本植物。

EnWRKY41是Elymus nutans抗旱性的潜在介质

对两个野生Elymus nutans品系SC020和GS005进行了干旱敏感性分析。与拟南芥（23）相比，这两个品系的抗旱性更强（图1A）。为了识别参与Elymus nutans抗旱性的潜在调控因子，我们通过RNA-seq分析了四个对比样本组：SC 0 d vs. SC 14 d、SC 0 d vs. SC 28 d、GS 0 d vs. GS 14 d和GS 0 d vs. GS 28 d。数据分析共发现了32,672个...

讨论

在本研究中，我们阐明了转录因子EnWRKY41及其下游靶基因EnGlu1在Elymus nutans干旱胁迫响应和耐受性中的调控作用。结果表明，EnWRKY41通过削弱植物的抗氧化能力、渗透调节能力和气孔调控能力来负调控抗旱性。我们发现EnGlu1（编码β-1,3-葡聚糖酶）是EnWRKY41的直接转录靶标。在拟南芥中过表达EnGlu1也表现出类似的结果...

植物材料及生长条件

Elymus nutans种子由四川省草原科学院提供，分别采集自甘肃和四川地区的野生Elymus nutans种群。实验用的Elymus nutans材料来自四川省草原科学院位于阿坝县洪原县第二农场的实验基地（N32°46'37″, E102°32'38″）。植物采用盆栽方法进行培养，每株植物种植在直径为16厘米的盆中。

作者贡献声明

邢世琦：撰写——初稿、研究设计、概念构思。 刘忠平：方法学研究。 姜嘉欣：方法学研究。 王杰：方法学研究。 熊平：方法学研究。 刘子山：方法学研究。 周华鹏：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督、资金获取、概念构思。 常丹：监督、概念构思。

未引用参考文献

(24)。

结论

总之，本研究表明，EnWRKY41-EnGlu1模块可能通过减少胼胝质沉积和破坏细胞屏障功能来负调控植物的抗旱性。本研究揭示了一种新的植物干旱响应和耐受性调控机制，并为未来培育抗旱品种提供了候选靶标。

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：周华鹏报告称获得了国家自然科学基金的支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（NSFC，项目编号32470298和32170295，资助人H.Z.）和四川省公益性科研机构基础科学研究项目（项目编号2025JDKY0033-2，资助人D.C.）的支持。作者们没有需要声明的利益冲突。