MbWRKY50通过调控ROS清除相关抗氧化能力增强植物耐寒耐旱性的分子机制

为解析苹果属植物应对低温干旱胁迫的分子机制，研究人员以山荆子(Malus baccata)为材料，首次克隆WRKY家族基因MbWRKY50，发现其通过激活CBF/DREB元件及ABA合成通路，显著提升转基因番茄的SOD、POD活性，降低MDA、H2 O2 和O2 ? 含量，为果树抗逆育种提供新靶点。

　　

在气候变化加剧的背景下，低温与干旱已成为制约果树产业发展的关键因素。苹果作为全球重要的经济作物，其野生近缘种山荆子(Malus baccata)因卓越的抗逆性被视为宝贵的育种资源。然而，这类植物应对非生物胁迫的分子机制仍存在大量未知，特别是WRKY转录因子家族在调控网络中的具体作用尚未阐明。传统育种手段周期长、效率低，而通过分子设计育种精准提升作物抗性，已成为当前研究的突破口。

针对这一科学问题，东北农业大学的研究团队在《Journal of Plant Physiology》发表重要成果。研究首次从山荆子中克隆获得MbWRKY50基因，系统揭示了该基因通过双重调控抗氧化系统与胁迫响应通路增强植物抗逆性的分子机制，为果树抗逆育种提供了理论依据与基因资源。

研究采用基因克隆、系统进化分析、亚细胞定位、RT-qPCR表达谱分析及转基因功能验证等关键技术。其中，通过GFP融合蛋白技术确认MbWRKY50的核定位特性；利用农杆菌介导法获得过表达MbWRKY50的转基因番茄株系；采用分光光度法测定SOD、POD活性及MDA、H₂
O₂
、O₂
^?
含量变化；通过酵母单杂交验证其与下游基因启动子的结合能力。

实验材料与生长条件
研究选取山荆子种子和实验室保存的番茄种子为材料，通过组织培养获得无菌苗。山荆子组培苗在含IBA和6-BA的MS培养基中生长，为后续实验提供均一化材料。

RNA提取与反转录
从山荆子幼叶提取高质量总RNA，电泳显示28S/18S rRNA比例符合要求，为基因克隆和表达分析奠定基础。

系统进化与亚细胞定位
系统发育分析表明MbWRKY50与苹果MdWRKY50亲缘关系最近。GFP标记实验证实该蛋白定位于细胞核，符合转录因子的典型特征。

表达模式分析
RT-qPCR显示MbWRKY50在山荆子根和成熟叶中高表达，且受低温和干旱显著诱导，暗示其参与器官特异性胁迫响应。

转基因功能验证
过表达MbWRKY50的番茄表现出更强的抗寒抗旱性：SOD和POD活性提升1.8-2.3倍，MDA和ROS含量降低40-60%。分子机制研究表明，MbWRKY50通过结合CBF/DREB顺式元件，激活LeABI3、LeNCED1等ABA合成相关基因，同时上调LeDREB1、LeCBF1/3等胁迫响应基因表达。

讨论与结论
该研究首次阐明MbWRKY50通过"抗氧化防御-信号传导"双途径协同增强植物抗逆性的新模式：一方面通过提升SOD/POD活性清除过量ROS，减轻氧化损伤；另一方面通过ABA依赖与非依赖途径激活胁迫响应基因网络。值得注意的是，MbWRKY50对LeNCED1的调控揭示了WRKY转录因子直接参与ABA生物合成的新机制，突破了传统认知中WRKY仅作为下游信号元件的局限。

这项研究不仅为苹果抗逆育种提供了候选基因MbWRKY50，其建立的"基因功能验证-生理指标检测-分子机制解析"研究体系，也为其他木本植物抗逆研究提供了范式。未来通过基因编辑等技术精准调控MbWRKY50表达水平，有望培育出适应极端气候的新型果树品种。