PBJ | TAF10-ERF109转录模块通过调控类�...

来源：市场资讯

（来源：小麦研究联盟）

研究背景

随着全球气候变化的加剧，干旱和盐碱胁迫已成为限制全球作物生产力、威胁粮食安全的主要因素。预计到2050年，仅这两项因素就可能导致全球作物减产10%至50%。虽然通过基因工程和育种手段提高作物的抗逆性是目前研究的热点，但开发可持续、非转基因且能快速部署的策略（如植物生物刺激素）同样具有紧迫的需求。

类黄酮是一类广泛存在于植物中的多酚化合物，在植物适应环境胁迫中发挥着多重作用。它们作为抗氧化剂清除活性氧（ROS），调节生长素转运，并改善养分获取。然而，目前关于类黄酮生物合成受环境胁迫诱导的精准转录调控机制，以及如何系统地将其转化为田间可用的抗逆增产策略，仍缺乏深入的研究。

论文概要

山东农业大学吴长艾团队、杨国栋团队联合中国农业科学院作物科学研究所刁现民团队在Plant Biotechnology Journal发表题为“A TAF10-ERF109 Transcriptional Module Directs Flavonoid-Based Stress Resilience and Yield Enhancement in Foxtail Millet and Wheat”的论文，揭示了谷子（Setaria italica）中由转录因子SiTAF10和SiERF109组成的转录模块，通过协同激活类黄酮合成途径关键基因（如SiF3′H、SiPAL等），显著增强了作物的非生物胁迫耐受性。研究进一步开发了基于类黄酮（芹菜素）的种子包衣与叶面喷施优化方案，并在田间试验中证实该方案能有效提升干旱和盐碱条件下的小麦与谷子产量。

主要研究结果介绍

1. GWAS分析鉴定到调控谷子抗逆性的关键基因SiF3′H

研究团队对731份谷子自然种质资源进行了耐盐性全基因组关联分析（GWAS），发现位于1号染色体上的SiF3′H（编码类黄酮3′-羟化酶）与耐盐性显著相关（图1A）。通过单倍型分析发现，在启动子区存在一个单核苷酸多态性（SNP），定义了HapT（耐受型）和HapC（敏感型）两种主要单倍型。相比之下，携带HapT单倍型的品种在盐渍和干旱条件下表现出显著更高的存活率（图1B-E），且其体内类黄酮含量和SiF3′H表达水平也更高。功能验证显示，过表达SiF3′H能显著提升谷子的抗逆性，而敲低该基因则导致植物对胁迫极度敏感（图1J-S）。

2. SiERF109直接启动SiF3′H的逆境响应表达

通过启动子分析，研究者在SiF3′H启动子中鉴定到了脱水响应元件（DRE）核心基序。在20个候选SiERF转录因子中，SiERF109表现出显著的盐和干旱诱导特性。电泳迁移率实验（EMSA）和双荧光素酶报告系统证实，SiERF109能直接结合SiF3′H启动子中的DRE基序并激活其转录（图2A-D）。遗传学证据表明，过表达SiERF109的植株类黄酮含量显著增加，ROS水平降低，抗逆性增强（图2E-N）。

3. SiTAF10作为SiERF109的共激活因子协同发挥作用

为了进一步探究调控机制，研究者通过酵母双杂交筛选发现SiTAF10（TFIID复合物的组分）与SiERF109存在相互作用。BiFC和Pull-down实验确认了两者的物理结合（图3A-B）。虽然SiTAF10不直接结合DNA，但它能显著增强SiERF109对SiF3′H启动子的转录激活能力（图3C-D）。过表达SiTAF10同样能增强谷子的抗逆性，而其CRISPR敲除突变体则表现为胁迫敏感（图3E-Q）。

4. SiTAF10-SiERF109模块全局调控类黄酮合成途径

转录组（RNA-seq）分析发现，在SiTAF10-OE植株中，包括SiPAL、SiF3H、SiFLS和SiF3′H在内的22个类黄酮合成基因表达上调（图4A-C）。ChIP-qPCR实验进一步证实SiTAF10与这些基因的启动子区均有关联。这表明，该模块不仅调节单个基因，而是作为“主开关”协同调控整个类黄酮代谢通路。

5. 芹菜素等类黄酮物质可缓解突变体的抗逆缺陷

代谢组学分析证实，在逆境下，过表达模块基因显著促进了芹菜素（Apigenin）、柚皮素（Naringenin）和橙皮素（Hesperetin）等代谢物的积累。外源施加这些类黄酮物质能有效挽救taf10突变体和SiERF109-RNAi系在幼苗期的胁迫敏感表型，显著降低其体内的ROS积累，恢复植物生长（图6）。

6. 田间试验：芹菜素作为生物刺激素显著提升作物产量

研究团队将上述发现转化为实际农业应用。通过在山东泰安（干旱）和东营（盐碱）两地进行的田间试验发现，采用优化的芹菜素处理方案——种子包衣（1 μM）结合返青期和拔节期的叶面喷施（3 μM）——能显著改善小麦和谷子的农艺性状。结果显示，该处理使小麦在旱地条件下增产达12.3%，使谷子在盐碱地条件下增产高达23.9%（图7）。这种方法不仅成本极低（每公顷约1.76美元），且环境友好、易于操作。

全文总结与展望

本研究阐明了谷子中一个非典型的转录调控模块SiTAF10-SiERF109，它独立于经典的MBW复合物，通过协同激活类黄酮合成途径来应对环境胁迫。该研究不仅深化了我们对植物如何整合环境信号与代谢重编程的理解，更重要的是提供了一种可转化的、生态友好的生物刺激素策略。通过外源施加芹菜素，可以绕过基因工程的复杂性和监管局限，为在全球盐碱地和干旱地区的农业可持续生产提供切实可行的解决方案。

研究团队与资助

该研究的第一作者为山东农业大学的Meng Zhang，通讯作者为中国农业科学院作物科学研究所的刁现民、山东农业大学的杨国栋和吴长艾。

该研究得到了国家重点研发计划（2022YFD1201704）和国家自然科学基金（32470364等）的资助。

DOI链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70711

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祝各位老师科研顺利~~~