三七WRKY转录因子家族全基因组鉴定及其在抗根腐病中的调控机制研究

本研究针对三七(Panax notoginseng)易受根腐病(Cylindrocarpon destructans)侵染的产业难题，系统鉴定了79个PnWRKY基因，发现53个基因在病原侵染后显著表达。通过异源表达PnWRKY35证实其通过激活MAPK信号通路和JA/SA激素途径增强抗病性，为药用植物抗病育种提供了新靶点。论文创新性解析了WRKY家族在次生代谢调控中的网络作用，发表于《BMC Genomics》。

　　三七作为传统名贵中药材，其栽培过程常受根腐病威胁，其中由毁灭柱孢菌(Cylindrocarpon destructans)引起的病害可导致30-50%产量损失。虽然前期研究发现茉莉酸(MeJA)和水杨酸(SA)能诱导三七抗病反应，但调控这些防御途径的关键转录因子尚未明确。WRKY作为植物最大的转录因子家族之一，在模式植物中已被证实参与病原防御，但在三七这类非模式药用植物中的系统研究和功能验证仍属空白。

云南农业大学杨生超团队联合昆明理工大学研究人员，通过整合基因组学和转录组学方法，首次完成三七WRKY家族的全基因组鉴定与功能解析。研究采用iTAK软件鉴定WRKY成员，利用MEGA7构建系统发育树，通过qRT-PCR和RNA-seq分析基因表达模式，并建立烟草异源表达体系验证关键基因功能。样本包括1-3年生三七不同组织及病原/激素处理材料，测序数据源自NCBI数据库(PRJNA608068等)。

研究结果揭示：1）基因组特征：从三七中鉴定出79个PnWRKYs，分为Group I(14)、Group II(55)和Group III(10)，其中58个基因成功定位到染色体，11个集中在1号和5号染色体。启动子分析发现61个基因含MeJA响应元件(CGTCA/TGACG)，39个含SA响应元件(TCA)。2）表达模式：53个基因在根、茎等组织中组成型表达，20个在纤维根中特异性高表达。病原侵染实验显示PnWRKY6/26/35等8个基因在所有时间点(24-192 hpi)持续上调。3）激素调控：MeJA处理诱导20个基因表达，其中PnWRKY6/26表达量提升5倍；SA处理激活17个基因呈现波动性表达。4）功能验证：过表达PnWRKY35的烟草中，JA合成通路基因(NtLOX2S/NtAOS等)和SA通路基因(NtICS/NtPAL)显著上调，激素检测显示GA₂₄、JA和SA含量增加，对C. destructans的抗性提高4.3倍。转录组分析发现547个差异基因富集在倍半萜合成、MAPK信号等通路，其中FLS2和MKK基因激活导致下游WRKY33/ERF1表达增强。

讨论部分指出，该研究首次建立三七WRKY家族的系统调控网络：1）结构上发现3个非典型WRKY蛋白(PnWRKY14/19/26)具有完整锌指结构但缺失WRKYGQK核心域，拓展了对WRKY变异类型的认知；2）功能上证实PnWRKY35通过"激素交叉对话"协调JA/SA通路，其激活MAPK级联反应的特征与拟南芥中MPK3/6-WRKY33调控模块相似；3）应用层面提供的PnWRKY35等候选基因为分子设计育种奠定基础。研究创新点在于将药用植物次生代谢调控与抗病机制相结合，为解析三七皂苷合成与防御反应的协同机制提供了新视角。未来需进一步阐明PnWRKY35如何特异性调控下游靶基因如PnPRPL1（富含脯氨酸蛋白基因）的表达网络。