文冠果WRKY基因家族的全基因组分析及XsWRKY30在盐胁迫中的功能表征

本研究针对文冠果(Xanthoceras sorbifolium Bunge)这一具有重要经济价值和生态意义的木本油料作物，通过全基因组挖掘系统鉴定了43个XsWRKY转录因子，并重点解析了XsWRKY30在盐胁迫响应中的调控机制。研究发现XsWRKY30通过激活抗氧化酶系统(SOD/POD/CAT)、调控离子稳态(Na+/K+平衡)及上调SOS通路关键基因表达，显著增强转基因植物的耐盐性。该研究为木本植物抗逆分子育种提供了新靶点，论文发表于《Scientia Horticulturae》。

　　

研究背景与意义

在气候变化加剧和耕地盐渍化日益严重的背景下，开发耐盐作物品种成为保障粮食安全和生态修复的关键。文冠果作为我国北方特有的木本油料树种，兼具生态价值（抗旱耐盐）和经济价值（种子含油量达55%-65%），但其耐盐分子机制尚未阐明。WRKY转录因子作为植物中最大的转录调控家族之一，虽在其他物种中被报道参与盐胁迫响应，但在文冠果中缺乏系统研究。

研究方法与技术路线

研究团队首先通过生物信息学方法从文冠果基因组中鉴定WRKY家族成员，采用系统发育分析、染色体定位和共线性分析揭示其进化特征。通过转录组数据筛选盐胁迫响应关键基因XsWRKY30后，利用农杆菌介导的瞬时转化（烟草）和稳定转化（拟南芥和文冠果愈伤组织）进行功能验证。关键技术包括：酵母双杂交检测转录激活活性、亚细胞定位观察、生理指标（MDA/抗氧化酶/脯氨酸）测定，以及qRT-PCR分析盐响应基因表达。实验材料来源于南京林业大学保存的文冠果种质资源。

主要研究结果

1. 1.

   XsWRKY家族鉴定与特征分析

   全基因组共鉴定43个XsWRKY基因，分为Group I-III三大类，其中Group II成员最多（21个）。染色体定位显示基因不均匀分布在14条染色体上，7对基因源自片段重复。启动子分析发现大量激素和胁迫响应顺式元件。

2. 2.

   XsWRKY30的分子特性

   该基因编码420个氨基酸的核定位蛋白，具有典型WRKYGQK结构域。酵母实验证实其具有转录激活活性，在盐胁迫下表达量显著上调（24h达3.8倍）。

3. 3.

   功能验证实验

   转基因拟南芥在200mM NaCl处理下表现出：

   • •

     抗氧化酶活性提升（SOD提高142%，POD 158%）

   • •

     脯氨酸积累增加81%而MDA降低43%

   • •

     Na⁺/K⁺比值下降35%

   • •

     SOS通路基因(AtSOS1-3)表达上调2-4倍

文冠果愈伤组织转化实验进一步验证上述表型，证实XsWRKY30通过双重机制（抗氧化防御+离子平衡）增强耐盐性。

结论与展望

该研究首次系统解析了文冠果WRKY基因家族，发现XsWRKY30可通过激活SOS信号通路和抗氧化系统协同调控盐胁迫响应。相较于已报道的AtWRKY33等同源基因，XsWRKY30在木本植物中展现出更强的Na⁺外排能力，这为解析文冠果特殊耐盐机制提供了新视角。研究提出的"转录调控-生理响应-表型输出"分子框架，为木本能源植物的遗传改良提供了理论依据。未来需进一步解析XsWRKY30下游靶基因网络及其与ABA信号的交叉调控关系。