红豆草WRKY基因家族全基因组鉴定及其在干旱、盐碱胁迫响应中的调控机制解析

为解决红豆草(Onobrychis viciifolia)在干旱、盐碱胁迫下的分子调控机制不明问题，中国农业科学院等机构研究人员通过全基因组分析鉴定出253个WRKY基因家族成员(OvWRKY)，结合转录组和蛋白互作网络揭示了OvWRKY89、OvWRKY147等关键基因的胁迫响应模式。该研究为牧草抗逆育种提供了重要靶点，发表于《BMC Genomics》。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱和土壤盐碱化已成为制约牧草产业发展的关键因素。红豆草作为一种兼具高营养价值和生态效益的豆科牧草，其抗逆分子机制尚未系统解析。WRKY转录因子家族作为植物逆境响应的"分子开关"，在调控胁迫相关基因表达中发挥核心作用，但红豆草WRKY基因的家族特征及其在多重胁迫下的功能分化仍是未解之谜。

中国农业科学院动物科学研究所联合甘肃农业大学等团队，在《BMC Genomics》发表了突破性研究。通过整合生物信息学与分子实验技术，首次完成红豆草WRKY基因家族的系统鉴定，揭示其通过片段复制扩张的进化特征，并发现Group IIe和Group I亚家族在MAPK信号通路中的主导作用。研究鉴定出OvWRKY89（同源AtWRKY33）和OvWRKY147等核心调控因子，其差异表达模式与三重胁迫响应显著相关，为分子设计育种提供了理论依据。

研究采用HMM和Blastp筛选WRKY基因，通过ClustalW和MEGA11构建系统发育树，利用MEME分析保守基序，STEM进行表达趋势分析，结合RT-qPCR验证转录组数据。关键实验样本为甘肃红豆草栽培种，经PEG-6000（-0.8 MPa）、NaCl（75 mM）和NaHCO₃:Na₂CO₃（2:1）模拟胁迫处理。

结果

1. OvWRKY基因家族鉴定与特征分析：在28条染色体上鉴定253个OvWRKY基因，57%为酸性蛋白，234个定位于细胞核。四倍体特有的同源染色体基因位置保守性暗示多倍化对基因保留的影响。

2. 进化与复制机制：分为Group I-III（含IIa-e亚组），片段复制主导家族扩张（232对复制基因），仅4对串联重复。Ka/Ks分析显示84.41%基因经历纯化选择，15对基因受正选择驱动。

3. 胁迫响应模式：Group I和IIe基因在MAPK通路富集显著。OvWRKY89（下调）与5个WRKY及4个胁迫相关蛋白互作，OvWRKY147（上调）含MYB结合位点，共同构成调控网络核心。

4. 关键基因功能：OvWRKY240/OvWRKY164在干旱-盐胁迫中协同下调，而OvWRKY36等4个基因在盐-碱胁迫中特异性响应。启动子分析发现胁迫响应元件与黄酮合成相关元件共存。

结论
该研究建立了首个红豆草WRKY家族数据库，阐明四倍体基因组中WRKY的进化保守性与功能分化规律。发现OvWRKY89可能通过MAPK级联磷酸化调控胁迫响应，而Group IIe亚家族在信号转导中的核心作用为创新发现。研究成果为解析豆科牧草多胁迫协同抗性机制提供了分子框架，对培育抗逆牧草品种具有重要实践价值。