百合WRKY基因家族全基因组分析及LdWRKY87响应热胁迫的功能解析

本研究针对百合热胁迫响应机制不明的问题，通过全基因组分析鉴定出115个LdWRKY基因，系统解析其进化关系、表达模式及调控网络。研究发现LdWRKY87通过抑制热激转录因子LdHSFA2及下游热响应基因LdHSP70、LdMBF1c的表达负调控百合耐热性，为分子育种提供新靶点。该成果发表于《New Crops》，首次揭示百合WRKY家族在热胁迫中的调控机制。

　　

随着全球变暖加剧，高温胁迫已成为制约百合等观赏植物生长发育的重要环境因素。百合作为世界四大切花之一，对温度变化极为敏感——当环境温度超过30°C时，会出现植株矮化、花芽败育、茎秆软化等问题，严重影响其观赏价值和经济产量。然而，与水稻、拟南芥等模式植物相比，百合中WRKY转录因子家族的功能研究严重滞后，这主要由于百合基因组庞大（88.31%为重复序列）且长期缺乏参考基因组。直到2024年《Lilium davidii var. unicolor》基因组发布，才为解析其分子调控机制提供了可能。

针对这一科学问题，国内某研究机构的研究人员开展了百合WRKY基因家族的系统研究。通过对新发布基因组进行生物信息学分析，鉴定出115个LdWRKY基因，并发现其中62个基因在热胁迫下差异表达。进一步功能研究表明，核定位的转录抑制因子LdWRKY87能直接结合热激因子LdHSFA2的启动子，通过HSF-HSP通路负调控耐热性。这项发表于《New Crops》的研究，不仅填补了百合WRKY家族功能研究的空白，更为分子设计育种提供了重要靶点。

研究人员采用多组学联用策略：基于HMM模型(PF03106)进行全基因组鉴定；通过最大似然法构建系统发育树；利用MEME分析保守基序；结合RNA-seq和RT-qPCR筛选热响应基因；采用农杆菌介导的瞬时转化和VIGS技术进行功能验证；运用酵母单杂交和双荧光素酶报告系统解析蛋白-DNA互作。

关键研究发现：

1. WRKY家族鉴定与分类：115个LdWRKY基因被划分为7个亚族，其中IIc亚族成员最多(47个)。这些基因编码的蛋白均含WRKYGQK保守域，且全部定位于细胞核。

2. 表达模式解析：组织特异性分析显示LdWRKY93/LdWRKY95仅在茎中表达，而热胁迫下62个基因表达显著变化，51个上调、11个下调。

3. LdWRKY87功能验证：

   • 该基因编码的蛋白具有转录抑制活性，能通过结合W-box元件负调控靶基因

   • 瞬时过表达使百合花瓣相对离子渗漏率增加15%，而VIGS沉默后耐热性提升

   • 下游调控网络分析表明其通过抑制LdHSFA2表达，进而影响LdHSP70和LdMBF1c等热响应基因

4. 分子机制阐明：双荧光素酶实验证实LdWRKY87可使LdHSFA2启动子活性降低40%，揭示其通过HSF-HSP通路和ROS清除途径协同调控耐热性。

这项研究首次绘制了百合WRKY家族的基因组图谱，突破性地发现LdWRKY87作为"分子刹车"调控热应激响应的新机制。相较于以往在拟南芥、水稻中的研究，该工作揭示了单子叶观赏植物特有的调控模式——LdWRKY87对LdHSFA2的抑制作用与双子叶植物中常见的正向调控形成鲜明对比。研究者特别指出，百合基因组中LTR转座子(占64.4%)可能导致23个WRKY基因沉默，这种转座子驱动的基因功能分化现象为理解植物环境适应性进化提供了新视角。

从应用角度看，该研究鉴定的LdWRKY87及其调控网络可作为分子标记，指导耐热百合品种选育。鉴于高温胁迫导致全球农作物年均减产10%-15%，这些发现对保障观赏植物产业稳定发展具有重要实践价值。未来研究可进一步解析LdWRKY87蛋白的磷酸化修饰及其与其它应激通路(如JA信号)的crosstalk，为多胁迫抗性育种提供理论支撑。