南京大学孙博课题组与南京农业大学王秀娥课题组合作解析SbWRKY50调控高粱耐旱性的分子机制

高粱是世界上五大禾本科作物之一，作为原材料广泛用于食品、饲草、酿酒和生物能源等多个产业。虽然高粱具有较强的耐旱能力，但干旱胁迫仍是限制高粱产量和品质的关键因素。在干旱条件下，高粱早期死亡或严重的生长抑制容易发生在种子的萌发、出苗和苗期生长阶段。在生殖生长阶段，水分的缺乏将会显著推迟开花期，严重影响花序的发育和新叶的产生。在花序发育阶段，水分缺乏将导致每个花序的籽粒数量减少，而开花后的水分缺乏将会直接导致产量减半。因此，通过抗旱研究培育出耐旱高产的高粱品种，对于提高干旱条件下的高粱产量具有重要意义。然而，目前关于高粱适应干旱的分子机制研究仍然十分匮乏。

近日，南京大学孙博教授课题组与南京农业大学王秀娥教授课题组合作在Plant, Cell & Environment在线发表题为SbWRKY50promotes drought tolerance of sorghum by regulating lateral root formation的研究论文，解析了SbWRKY50调控高粱耐旱性的分子机制。

该研究首先发现SbWRKY50在高粱根和幼叶中表达水平最高。通过观察野生型、SbWRKY50敲除高粱（SbWRKY50-KO）以及SbWRKY50过表达高粱（SbWRKY50-OE）的根部发育情况，研究人员发现SbWRKY50-OE高粱的侧根数量和侧根长度显著增加。实验室前期研究结果表明SbWRKY50参与乙烯信号通路（Chen et al., 2023, New Phytologist）。与野生型相比，乙烯合成相关基因SbACS1、SbACS2 和SbACS7的表达水平在SbWRKY50-OE的根中显著降低，在SbWRKY50-KO中显著升高，表明SbWRKY50可以通过抑制乙烯合成，促进高粱侧根形成。

进一步研究发现， SbWRKY50通过与PRC1复合体中的SbBMI1A互作，招募PRC1复合体至SbACS1、SbACS2 和SbACS7的启动子区域，从而引起SbACSs基因上H2Aub富集，抑制它们在根系中的表达并促进侧根形成。侧根发育是评价植物耐旱的一个重要指标。干旱处理结果表明，SbWRKY50-OE幼苗的耐旱能力明显强于野生型，而SbWRKY50-KO弱于野生型。同时，SbWRKY50-OE高粱相对于野生型在干旱处理后侧根数目显著增多，侧根长度显著增长；而SbWRKY50-KO高粱侧根数目显著减少，侧根长度显著缩短。

研究人员随即进行了田间大棚温室干旱实验。在干旱处理下，SbWRKY50-OE高粱比野生型以及SbWRKY50-KO高粱具有更高的绿叶/黄叶比，且其鲜重、干重、每穗粒数和百粒重均显著高于野生型和SbWRKY50-KO高粱。因此，SbWRKY50能够在保持籽粒产量与生物量的基础上显著增强高粱在田间的耐旱能力。

图1SbWRKY50通过抑制乙烯合成调控高粱耐旱性的作用机制

综上，该研究揭示了一种由SbWRKY50介导的高粱耐旱分子调控机制（图1）。研究结果一方面为高粱耐旱育种提供了关键基因资源，也有助于揭示植物耐旱的共性规律，为改良其他作物的抗旱性提供新的潜在靶点。

南京大学孙博教授、南京大学陈炜助理教授和南京农业大学王秀娥教授为该论文共同通讯作者。南京大学陈炜助理教授以及南京农业大学王宗宽副研究员为该论文共同第一作者。南京大学杨永华教授以及淮阴师范学院陆桂华研究员等参与了该研究工作。该课题得到了南京大学队伍建设科研启动经费、南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室开放课题、以及中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1111/pce.70264