WRKY25作为氧化还原开关调控拟南芥叶片衰老过程中WRKY53表达的分子机制

本研究揭示了拟南芥转录因子WRKY25通过新型NOS氧化还原开关调控WRKY53表达的分子机制。研究人员通过构建WRKY25/WRKY18嵌合体，结合双分子荧光互补(BiFC)和液相色谱-质谱(LC-MS)技术，发现WRKY25的N端结构域通过形成Lys-Cys共价键感知H2O2信号，进而调控叶片衰老核心网络WRKY53/WRKY25/WRKY18的平衡。该研究为植物衰老的氧化还原调控提供了新见解，发表于《Scientific Reports》。

　　

叶片衰老是植物发育的最后阶段，直接影响作物产量和营养再分配效率。在这个过程中，活性氧(ROS)尤其是过氧化氢(H₂O₂)作为关键信号分子，但其如何转化为转录调控的机制尚不明确。德国图宾根大学植物分子生物学中心(Center for Plant Molecular Biology, ZMBP)的Ana Gabriela Andrade Galan等研究人员在《Scientific Reports》发表的研究，揭示了转录因子WRKY25通过一种新型氧化还原开关调控叶片衰老的分子机制。

研究团队聚焦于拟南芥衰老调控网络的核心组分——WRKY53及其上游调控因子WRKY25和WRKY18。此前研究发现，WRKY25能激活WRKY53表达但自身缺失却导致早衰，这种矛盾暗示存在复杂调控网络。更特别的是，WRKY25的DNA结合活性受氧化还原状态影响，但其分子传感机制完全未知。

研究人员采用多学科技术手段展开研究：通过双分子荧光互补(BiFC)验证蛋白互作；构建结构域缺失和嵌合体(如W25N-W18C)进行功能解析；利用拟南芥原生质体瞬时表达系统分析启动子活性；通过LC-MS检测新型NOS氧化还原开关；建立转基因互补株系进行表型分析。

Transactivation potential with the WRKY53/WRKY25/WRKY18 subnetwork
研究发现WRKY25能显著激活WRKY53启动子活性，而WRKY18起抑制作用。BiFC实验首次揭示WRKY25不能形成同源二聚体，但能与WRKY18形成强效异源二聚体。

The heterodimer WRKY18-WRKY25 is an activator of WRKY53 expression
WRKY18/WRKY25异源二聚体表现出类似WRKY25的激活特性，能显著上调WRKY53表达，但对自身启动子呈负调控，形成自动反馈回路。

The N-terminus of WRKY25 is necessary for the activation
结构域交换实验表明，含WRKY25 N端的嵌合体(W25N-W18C)保留激活WRKY53的能力，而含C端的嵌合体(W18N-W25C)则丧失该功能。BiFC证实N端对蛋白互作至关重要。

The C-terminus of WRKY25 prevents an overshoot of WRKY53 expression
转基因互补实验显示，仅表达WRKY25 N端的株系出现早衰且WRKY53过表达，而含C端的株系衰老延缓，表明C端起"刹车"作用防止WRKY53过度激活。

ROS molecules modulate the subnetwork
氧化应激条件下，WRKY25对WRKY53的激活作用减弱。引人注目的是，含N端的嵌合体在氧化条件下会转变为抑制因子，显示其氧化还原敏感性。

WRKY25 harbors putative redox switches
AlphaFold建模发现WRKY25的两个WRKY结构域均存在潜在Lys-Cys NOS桥。LC-MS检测到DBD1和DBD2中四个NOS桥肽段，证实其存在。

这项研究首次揭示WRKY25通过新型NOS氧化还原开关感知H₂O₂信号，其N端负责激活WRKY53表达并介导异源二聚化，而C端防止表达过度。这种双重调控确保衰老进程的精确性。从更广视角看，该研究不仅阐明了植物衰老调控网络的精细调控机制，更发现植物中首例经实验验证的NOS氧化还原开关，为理解氧化还原信号转导提供了新范式。这种保守的翻译后修饰可能在真核生物中广泛存在，为相关医学研究提供新思路。