综述：关于WRKY转录因子介导的水果色素沉着调控的机制学见解

《Plant Science》：Mechanistic insights into WRKY transcription factor-mediated regulation of fruit pigmentation

　　摘要：WRKY转录因子是植物转录网络的关键调节因子，在果实色素沉着中起到了重要的调制作用。本文综述了近年来关于WRKY转录因子如何通过W box依赖性的转录调控来调节主要果实色素（包括类胡萝卜素、叶绿素、花青素和甜菜碱）的生物合成、降解和相互转化的分子机制的研究进展。WRKY蛋白作为多种信号通路的整合器，将光、温度、水分状况和营养可用性等环境信号与内源性信号（如激素信号和活性氧（ROS）联系起来，从而调节果实发育和成熟过程中的色素代谢。此外，WRKY转录因子还与关键调节蛋白（尤其是MYB和bHLH转录因子）相互作用，形成精细调节色素生物合成的转录网络。这些调节过程还受到MAPK信号级联、蛋白质-蛋白质相互作用和反馈调节回路的影响。总体而言，WRKY转录因子作为调控果实色素代谢的整合信号和转录网络的重要组成部分，为生理过程和代谢调节的协调提供了机制上的见解。

引言
WRKY转录因子构成了一个庞大的植物转录调节因子家族，其特征是一个或两个约60个氨基酸的保守WRKY结构域（Chen等，2019）。典型的WRKY结构域在N端包含一个高度保守的WRKYGQK基序，在C端包含一个锌指基序。这两个结构元素共同构成了识别目标基因启动子中W-box顺式元件（TTGACC/T）的DNA结合模块，从而介导转录调控（Yang等，2021）。锌指基序通常表现为C2H2（Cys2His2）型或C2HC（Cys2HisCys）型结构，这对维持结构域构象和DNA结合活性至关重要（Wang等，2022；Xie等，2018）。如图1所示，根据WRKY结构域的数量和锌指基序的类型，WRKY蛋白可以分为三大类：I类蛋白通常含有两个WRKY结构域，并伴有C2H2型锌指基序；II类和III类蛋白各含一个WRKY结构域，其中II类蛋白进一步分为五个亚组（IIa–IIe），而III类蛋白的特征是C2HC型锌指基序（Chen等，2020；Wu等，2024）。这种结构多样性为WRKY家族成员的功能分化提供了基础。WRKY转录因子通过W-box介导的转录调控，整合发育和环境信号（Song等，2023；Wu等，2009）。除了直接结合目标基因启动子外，WRKY蛋白还与其他转录因子和信号组分相互作用，建立复杂的调节网络（Chen等，2025）。此外，WRKY的活性还受到翻译后修饰（如磷酸化）的动态调控，这些修饰影响WRKY的稳定性、DNA结合活性和下游基因表达（Ishihama和Yoshioka，2012；Adachi等，2015）。如图2所示，WRKY蛋白整合了多个调节层次，以协调与植物发育、应激反应和特化代谢相关的转录程序（Li等，2025b）。WRKY转录因子主要通过与脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）和赤霉素（GA）等激素信号途径的相互作用参与植物发育过程（Jiang等，2019）。通过调节激素响应基因，WRKY蛋白影响生殖发育和衰老等发育过程。例如，拟南芥（Arabidopsis thaliana）中的AtWRKY2参与花粉管导向和生殖发育（An等，2023），而棉花（Gossypium hirsutum）中的GhWRKY17通过激活与衰老相关的基因促进叶片衰老（Gu等，2018）。这些发育调节功能突显了WRKY蛋白整合内源性信号的能力，为其参与果实发育转变提供了调节基础。WRKY转录因子还通过调节防御相关基因的表达和协调复杂的信号网络，广泛参与植物对非生物胁迫的适应（Bai等，2025；Du等，2023；Lan等，2025）。许多WRKY蛋白作为丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联的下游组分，通过磷酸化作用被激活，从而在胁迫条件下快速重新编程转录（Bai等，2025；Du等，2023；Lan等，2025）。通过与应激响应转录因子的相互作用和对下游目标基因的调控，WRKY蛋白通过调节激素信号、活性氧（ROS）平衡和应激响应基因表达，帮助植物适应干旱和盐度等非生物胁迫（Li等，2004）。尽管这些研究主要集中在胁迫适应方面而非果实色素沉着，但它们展示了WRKY蛋白整合环境信号和调节复杂转录网络的能力，为理解环境因素如何影响果实发育期间的WRKY介导的代谢调节提供了潜在的框架。WRKY转录因子还是植物次级代谢的重要调节因子，通过结合结构基因启动子中的W-box元件，直接调控参与特化代谢途径的酶的表达（Song等，2023；Chen等，2017）。WRKY介导的调节已在多种特化代谢途径中被报道，尤其是在苯丙素类和萜类代谢过程中（Li等，2025b）。重要的是，许多果实色素（如类胡萝卜素和花青素）与次级代谢过程密切相关。因此，WRKY转录因子在转录调控和色素生物合成之间提供了机制上的联系，形成了果实着色的重要调节基础。

果实着色是反映果实发育阶段的重要特征，与果实品质、营养价值和消费者偏好密切相关。果实色素不仅决定了外观，还参与果实发育过程中的生理过程，并对多种健康相关功能有贡献。果实中的主要色素包括类胡萝卜素、叶绿素和花青素。类胡萝卜素是脂溶性色素，在番茄（Solanum lycopersicum）、柑橘（Citrus reticulata）和芒果（Mangifera indica）等果实中广泛存在，它们赋予果实黄色、橙色和红色（Eggersdorfer，Wyss 2018）。在果实成熟过程中，类胡萝卜素逐渐积累，与颜色发展密切相关。除了色素沉着作用外，类胡萝卜素还具有很强的抗氧化活性，有些还是维生素A的前体，维生素A对人类视觉、免疫功能和整体健康至关重要（Sun等，2022；Wang等，2025）。叶绿素是未成熟果实的主要色素，负责其绿色，在早期果实发育中通过支持光合作用发挥重要作用（Zhao等，2022）。随着果实成熟，叶绿素逐渐降解，导致绿色消失并暴露或积累其他色素（Liu等，2025b）。这种降解过程是果实成熟的关键特征，与代谢和生理转变密切相关。除了在光合作用和着色中的作用外，叶绿素还具有抗氧化活性（Kang等，2018）。作为水溶性色素的代表，花青素是由花青素苷经过糖基化形成的黄酮类化合物，是决定蓝莓（Vaccinium corymbosum）、葡萄（Vitis vinifera）、樱桃（Prunus avium）和草莓（Fragaria ananassa）等浆果果实红色、紫色和蓝色的主要着色物质（Liu，2020）。它们的积累与果实成熟密切相关，受发育和环境因素（如光照和温度）的调控。除了着色作用外，花青素还具有很强的抗氧化活性，并具有多种健康促进特性（Kitao等，2024）。总体而言，类胡萝卜素、叶绿素和花青素是决定果实颜色、发育进程和营养价值的主要色素。除了这些主要色素类别外，特定物种特有的色素（如甜菜碱）也在少数积累甜菜碱的植物中参与果实着色，并具有抗氧化和生物活性（Reza等，2025；Silva等，2016）。这些色素的积累和动态转变由整合发育信号和环境信号的复杂转录网络调节，尽管不同色素途径的调节机制有所不同。在这些调节系统中，转录因子在协调色素生物合成中起核心作用，尤其是WRKY转录因子作为连接外部信号与色素代谢途径转录控制的重要调节因子。

部分摘录
**WRKY介导的果实色素代谢调节**
果实着色是由多种色素类（包括类胡萝卜素、叶绿素和花青素）的协同生物合成、降解和积累决定的（Li等，2021；Wang等，2018）。越来越多的证据表明，WRKY转录因子通过多种转录调控机制参与这些色素代谢途径的调节（Chi等，2013）。通过结合与色素相关基因中的W-box顺式元件或与其他转录因子的相互作用，WRKY转录因子参与这些色素代谢途径的调节。

**环境对WRKY介导的果实色素积累的调节**
虽然第2节重点讨论了WRKY转录因子在不同色素代谢途径中的直接调节作用，但本节进一步探讨了环境信号如何调节WRKY的表达和活性，从而影响果实着色。环境信号通过调节信号转导途径和参与色素代谢的转录调节因子，在果实着色中起重要作用。在这些调节因子中，WRKY转录因子起着关键作用。

**WRKY转录因子介导的转录调控网络**
在讨论了环境调节机制后，本节重点关注WRKY转录因子通过哪些转录网络调节果实色素代谢。WRKY蛋白可以通过直接结合色素相关基因启动子中的W-box元件来调节色素积累，它们也可能与其他转录因子（特别是MYB–bHLH–WD40（MBW）复合体）相互作用。此外，WRKY介导的反馈调节也有助于精细调节。

**结论与展望**
WRKY转录因子作为重要的调节枢纽，通过多层次的转录网络协调果实色素代谢。WRKY蛋白并非作为孤立的调节因子发挥作用，而是整合环境信号、激素反应、上游激酶途径和其他转录因子的相互作用，从而调节果实发育和成熟过程中的色素生物合成和积累。现有证据表明，WRKY介导的调节在果实着色中起着关键作用。

**未引用的参考文献**
(Aghaee和Rahmani，2019；Cheng，2020；Gao等，2023；Li等，2023；Li等，2020；Lu等，2020；Shen等，2023；Song等，2024；Wu等，2022；Yong和Liu，2020；Yuan等，2024；Zhang等，2024a)

**作者贡献声明**
ZhiTong Zhou：撰写——原始草案、方法学、数据整理。
ZhiCheng Yan：方法学。
TingTing Li：撰写——审稿与编辑、监督、资源提供。
CaiE Wu：监督。
KaiPing Cong：方法学。
XiaoJing Li：研究工作。
GongJian Fan：软件支持。
YiQing Zhu：软件支持。
DanDan Zhou：研究工作。

**利益冲突声明**
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

**致谢**
本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFD2201300）的支持。作者感谢LEE ZI WAI对英文文本的润色和校对。

**作者名单**
ZhiTong Zhou | TingTing Li | ZhiCheng Yan | KaiPing Cong | CaiE Wu | GongJian Fan | XiaoJing Li | DanDan Zhou | YiQing Zhu

**单位信息**
国家森林食品资源开发利用重点实验室，南京林业大学，南京210037，中国