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干旱等非生物胁迫严重影响植物生长，WRKY 转录因子（TFs）在植物应对胁迫中起关键作用。研究人员对黄芪 WRKY TF 家族进行全基因组鉴定，发现 76 个成员，部分成员参与干旱胁迫响应。这为黄芪分子育种提供了耐胁迫基因。
在大自然的舞台上，植物们面临着诸多挑战，干旱就是其中一个极为棘手的难题。干旱胁迫如同一场无情的灾难，严重阻碍着植物的生长、发育，还会大幅降低作物的产量。在植物应对这些逆境的复杂机制中，转录因子（TFs）发挥着至关重要的调控作用，而 WRKY 转录因子家族更是其中的关键角色。
黄芪（Astragalus membranaceus），这种在传统医学中有着重要地位的多年生草本植物，常被用于补气、助阳、止汗、消肿和增强免疫系统。然而，随着全球气候变化、土壤盐碱化加剧以及生态环境的不断恶化，黄芪的种植面临着严峻的考验，水分胁迫对其生长和黄酮类化合物的生物合成产生了不利影响，进而影响了药材的产量和质量，这对于黄芪的产业化和临床应用来说，无疑是巨大的阻碍。
为了帮助黄芪更好地应对干旱胁迫，探寻其适应干旱环境的分子机制，来自河北中医药大学等机构的研究人员展开了一项深入的研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上，为我们理解黄芪的抗旱机制打开了新的大门。
研究人员运用了多种先进的技术方法。首先是生物信息学方法，通过从全球药典基因组数据库获取黄芪基因组数据，利用 HMMER3v3.0 软件、NCBI Batch CD - Search、SMART 数据库和 BLAST 比对等工具，全面且系统地对黄芪 WRKY 转录因子家族进行筛选和鉴定。接着，运用转录组学技术，对干旱处理后的黄芪根部样本进行 RNA 测序，分析 WRKY 基因的表达变化。此外，qRT - PCR 技术也被用于验证转录组数据，确保结果的可靠性。还有，通过构建 GFP 融合表达载体和酵母双杂交实验，分别对关键蛋白进行亚细胞定位分析和蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络分析。
黄芪 WRKY 转录因子家族成员的鉴定与特征分析
研究人员在黄芪基因组中成功鉴定出 76 个 WRKY 转录因子（AmWRKYs）。这些成员的氨基酸长度、分子量和等电点各不相同，大部分 AmWRKY 蛋白呈酸性且具有亲水性，除了个别成员外，大多定位于细胞核。染色体定位显示，这些基因在八条染色体上分布不均匀，Chr1 上数量最多，Chr8 上最少 。通过系统发育分析，AmWRKYs 被分为三大类，其中 Group II 又进一步细分为五个亚组。在这个大家族中，多数成员含有保守的 “WRKYGQK” 基序和锌指结构，但也有少数成员存在变异。基因结构分析发现，AmWRKY 基因包含 1 - 6 个外显子和 1 - 5 个内含子，部分基因缺少 5’ - 非翻译区（5’ - UTR）和 3’ - 非翻译区（3’ - UTR）。
基因复制与共线性分析
研究发现，黄芪 WRKY 家族存在 41 次基因复制事件，其中包括 37 次片段复制和 4 次串联复制 。这些复制事件分布在各个亚家族中，暗示着它们在 AmWRKY 基因的进化过程中发挥了重要作用，并且片段复制是主要的进化驱动力。通过与其他物种的共线性分析表明，黄芪 WRKY 基因与拟南芥（Arabidopsis thaliana）和蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）的亲缘关系更为密切。此外，计算 Ka/Ks 比值发现，所有分析的 WRKY 相关基因复制事件的比值均小于 1，这表明纯化选择作用于这些复制基因对。
启动子顺式作用元件分析
对 AmWRKY 基因启动子区域的顺式作用元件进行分析后发现，其中包含多种与植物激素响应、胁迫响应以及植物生长发育相关的调控元件。例如，许多基因的启动子区域富含赤霉素响应元件、干旱响应元件、茉莉酸甲酯（MeJA）响应元件等，而且每个 WRKY 家族成员的启动子区域都具有独特的顺式调控元件组合。
转录组分析与基因表达验证
转录组数据显示，在干旱胁迫下，黄芪 WRKY 基因家族的表达发生了显著变化。共有 54 个基因被提取分析，其中超过三分之一的基因在胁迫处理 6 小时时表达上调，如 AmWRKY8、AmWRKY22 等基因。GO 和 KEGG 富集分析表明，这些差异表达的 WRKY 基因主要参与转录调控，在植物 - 病原体相互作用和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路等方面显著富集。qRT - PCR 分析进一步验证了部分基因的表达模式，如 AmWRKY48、AmWRKY39 等基因在干旱胁迫 6 小时时表达量达到峰值，随后下降，这表明这些基因在黄芪应对干旱胁迫中发挥着重要的调控作用。
AmWRKY8 的功能研究
研究人员聚焦于 AmWRKY8，发现它与多个关键转录因子存在物理相互作用，包括 WRKY70、ERF6、HBI1 和 NAC017 等 。这些相互作用的蛋白参与了植物激素信号通路（如茉莉酸（JA）/ 水杨酸（SA）/ 脱落酸（ABA））、干旱胁迫响应和发育调控等重要生物学过程。转录激活实验表明，AmWRKY8 具有转录激活活性，能够激活下游报告基因的表达。亚细胞定位分析显示，AmWRKY8 特异性地定位于细胞核。
在讨论部分，研究人员指出，虽然他们对黄芪 WRKY 转录因子家族进行了较为全面的研究，但仍存在一些局限性。例如，AmWRKY8 精确的转录激活结构域尚未确定，其核定位也需要通过与核标记的共定位实验进一步验证。不过，这项研究首次对黄芪 WRKY 转录因子家族进行了全基因组鉴定和功能分析，为深入理解黄芪应对干旱胁迫的分子机制奠定了坚实的基础，也为黄芪的分子育种提供了宝贵的耐胁迫基因资源，有助于培育出更具抗旱性的黄芪品种，保障其在干旱环境下的产量和质量，推动黄芪产业的可持续发展。
