Crop Journal | 福建农林大学/中国热带农业科学院阙友雄团队揭示甘蔗ScWRKY4通过JA信号通路调控植物抗病性

责编 | 王一

近日，福建农林大学/中国热带农业科学院阙友雄研究员团队在The Crop Journal（中科院一区TOP期刊）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。

甘蔗(Saccharum spp.) 是世界上最重要的糖料作物，蔗糖占世界食糖产量的80%左右，在我国所占比例更是高达85%以上，但是，病害严重影响其生物产量和蔗糖品质。甘蔗黑穗病是一种世界性的真菌病害，严重危害甘蔗产业的良性健康可持续发展，其抗性由多个主效基因、众多微效基因的累积效应以及甘蔗与黑穗病菌之间的相互作用共同决定，这导致通过传统杂交途径育种培育抗黑穗病甘蔗品种的难度加大。阙友雄研究员团队聚焦甘蔗生物学与遗传育种的关键科学问题，长期致力于甘蔗抗黑穗病性状评价及其形成和调控机理研究 （江西农业大学学报, 2004, 3:353-355+359; 农业生物技术学报, 2004, 12(6): 685-689; 植物遗传资源学报, 2006, 7(1):18-23; Plant Disease, 2012, 96 (10): 1519-1525; Scientific Reports, 2015, 6: 23994; BMC Genomics, 2018, 19:479） ，以寄主甘蔗品种的抗病机制和病原黑穗病菌的致病机制研究为切入点，以基因组 （BMC Genomics, 2014，15:996） 、转录组 （PLOS ONE, 2014，9(1): e84426；Gene, 2018, 678:207-218; BMC Genomics, 2017, 18(1): 325; BMC Genomics, 2019, 20:57; International Journal of Molecular Sciences, 2022; 23(18):10770; Frontiers in Plant Science, 2022, 13:103526） 、蛋白组 （BMC Genomics 2016, 17:800; Comparative and Functional Genomics, 2011, 989016） 、翻译组 （Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2023, 71, 10004-10017） 和代谢组 （Frontiers in Plant Science, 2016，7:1133） 等为手段，从形态、生理和分子三个维度，解析甘蔗与黑穗病菌的互作机制并取得重要进展 （New Phytologist，2022, 233:919–933；Industrial Crops and Products, 2023, 192:116136; Industrial Crops and Products, 2022, 176: 114292; International Journal of Biological Macromolecules, 2023, 232:123398; International Journal of Biological Macromolecules, 2023, 224:1-19; Environmental and Experimental Botany, 2022, 194: 104725; Frontiers in Plant Science, 2016, 7:1348; BMC Genomics, 2017, 18:771; Frontiers in Plant Science, 2018, 8:2262; Sugar Tech, 2018, 20(6):669–680; BMC Genomics, 2020, 21:868; BMC Genomics, 2021, 22:549） ，为创新性开发甘蔗黑穗病的防控策略奠定了较为重要的理论依据和实践基础。在上述研究基础上，近日该团队在The Crop Journal发表甘蔗抗病研究的最新成果。

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，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。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。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。Y2H、BiFC和Co-IP证实ScWRKY4与ScJAZ13在细胞核发生相互作用。进一步的研究还发现，ScWRKY4会抑制ScJAZ13的表达。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。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）。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。

甘蔗ScWRKY4基因在病原菌胁迫下的调控机制模型

福建农林大学农学院在读博士研究生王东姣为该论文的第一作者，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福建农林大学甘蔗综合研究所所长/农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室主任/国家甘蔗工程技术研究中心副主任/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阙友雄研究员为该论文的共同通讯作者，阙友雄研究员团队在读博士研究生臧守建、在读硕士研究生王薇、覃丽谦、梁艳兰和林佩霞参与了研究工作。研究得到了国家重点研发计划、福建省自然科学基金、福建农林大学科技创新专项基金和国家糖料产业技术体系的资助。

https://doi.org/10.1016/j.cj.2023.12.002