近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)蘋(píng)果抗逆與品質(zhì)改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)馬鋒旺教授/李超課題組在蘋(píng)果抗逆基因發(fā)掘研究方面取得了新進(jìn)展。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際知名期刊《The Plant Cell》（IF=10、一區(qū)top期刊）上。

一直以來(lái)，中國(guó)的蘋(píng)果栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位，但隨著全球氣候變暖，植物經(jīng)常面臨超出其最適生長(zhǎng)溫度的環(huán)境。蘋(píng)果在生長(zhǎng)期間遇到極端高溫或者持續(xù)高溫干旱都會(huì)對(duì)產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)價(jià)值造成嚴(yán)重影響。因此，深入研究蘋(píng)果對(duì)高溫的響應(yīng)機(jī)制和耐熱性基因?qū)τ趹?yīng)對(duì)全球氣候變暖背景下蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

WRKY家族是植物中最大的轉(zhuǎn)錄因子(TF)家族之一。它以其保守的WRKYGQK結(jié)構(gòu)域命名，其成員通過(guò)結(jié)合雙鏈DNA中的w -box參與調(diào)控過(guò)程。WRKY基因的轉(zhuǎn)錄水平隨著外界溫度的升高而升高，WRKY蛋白也可以與鈣調(diào)素相互作用，影響編碼磷脂酶、呼吸爆發(fā)氧化酶同源蛋白D和熱休克蛋白(HSPs)。因此，WRKY蛋白在植物熱應(yīng)激反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。然而，關(guān)于WRKY TFs參與熱脅迫反應(yīng)的研究主要集中在草本植物上，在薔薇科果樹(shù)上的報(bào)道很少。此外，WRKY蛋白是否參與植物熱信號(hào)感知，以及它們?nèi)绾闻c其他轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同調(diào)節(jié)熱脅迫反應(yīng)尚不清楚。

在該研究中，研究人員確定了WRKY轉(zhuǎn)錄因子MdWRKY75，這是一個(gè)被認(rèn)為與植物衰老和真菌抗性有關(guān)的正調(diào)控因子。然而，它在熱應(yīng)激下的功能以前尚不清楚。隨后，研究人員通過(guò)過(guò)表達(dá)或沉默MdWRKY75產(chǎn)生了轉(zhuǎn)基因蘋(píng)果植株。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因蘋(píng)果植株進(jìn)行高溫脅迫，探索MdWRKY75在高溫脅迫下的功能。研究人員鑒定了MdWRKY75的靶基因和相互作用蛋白，以探索熱應(yīng)激反應(yīng)的分子機(jī)制。這些結(jié)果不僅為蘋(píng)果的熱感知提供了理論依據(jù)，而且為保證蘋(píng)果果實(shí)的安全性和提高產(chǎn)量提供了重要的前提條件。此外，植物可以通過(guò)這些分子機(jī)制形成熱記憶來(lái)響應(yīng)熱，這對(duì)于修復(fù)受損蛋白質(zhì)、提高耐熱性、應(yīng)對(duì)全球變暖和生存至關(guān)重要。

文章中，作者使用廣州博鷺騰生物科技有限公司PlantView植物活體成像系統(tǒng)對(duì)愈傷組織和葉片進(jìn)行了生物發(fā)光成像。由圖1可知，MdWRKY75激活了MdHsf4的表達(dá)。圖2佐證了MdWRKY75和MdHSC70相互作用。最后，圖3證明了MdHSC70抑制MdWRKY75在MdHsfs上的結(jié)合活性。
 

圖1 (G)雙熒光素酶檢測(cè)報(bào)告載體和效應(yīng)載體示意圖
(H-L) MdWRKY75與MdHsf4 (H)、MdHsfA2 (I)、MdHsfB2a (J)、MdHsfA3 (K)和MdHsfA1d (L)啟動(dòng)子相互作用的熒光素酶和相對(duì)LUC/REN活性圖像
 

圖2 Split-LUC分析表明MdWRKY75和MdHSC70之間存在相互作用
 

圖3 (D-F)雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)表明，MdHSC70抑制MdWRKY75對(duì)MdHsf4 (D)、MdHsfB2a (E)和MdHsfA1d (F)啟動(dòng)子的激活
 

論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koae171