《Plants》：NpWRKY38 Negatively Regulates Drought Tolerance by Impairing ABA/SA Signaling as Well as Photosynthesis in Narenga porphyrocoma
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河八王（Narenga porphyrocoma）是甘蔗野生近缘种，具有高抗旱性，是挖掘抗旱基因的重要种质资源。加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定到 NpWRKY38，一种在干旱胁迫下显著下调的 WRKY 转录因子，该响应在外源脱落酸（ABA）处理下再次
河八王（Narenga porphyrocoma）是甘蔗野生近缘种，具有高抗旱性，是挖掘抗旱基因的重要种质资源。加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定到 NpWRKY38，一种在干旱胁迫下显著下调的 WRKY 转录因子，该响应在外源脱落酸（ABA）处理下再次呈现，且其启动子含有 ABA 响应元件。研究人员在水稻中过表达 NpWRKY38，导致内源 ABA 含量显著增加，但气孔关闭不足、对外源 ABA 反应减弱、抗旱性显著下降。转录组分析显示，过表达（OE）株系中胁迫相关信号通路（如 MAPK 信号、植物激素信号转导）被激活，而光合作用、碳固定和叶绿素生物合成通路被整体抑制。具体地，ABA 合成基因 NCED 上调，正调控因子 ABI5 下调，负调控因子 PP2C 上调，从而削弱 ABA 信号转导。此外，水杨酸（SA）合成与信号基因（PAL、C4H、NPR4、WRKY45）广泛下调，抗氧化酶活性降低。NpWRKY38 过表达还加剧干旱诱导的叶绿体损伤，表现为 SPAD 值更大程度下降，以及叶绿体膨胀、类囊体片层紊乱和基粒破坏。上述三条通路——ABA/SA 信号受损、光合作用受抑和叶绿体损伤——共同加剧 OE 株系的干旱敏感表型。该研究证明 NpWRKY38 通过干扰 ABA 信号转导、抑制 SA 通路、下调光合基因和破坏叶绿体完整性，作为多通路负调控因子发挥作用，为甘蔗抗旱育种提供了潜在靶点。
研究背景方面，甘蔗（Saccharum spp. hybrids）作为全球重要糖料与生物能源作物，产量和品质常受干旱等非生物胁迫严重影响。栽培甘蔗遗传背景复杂，抗旱基因资源有限，制约了抗旱育种。河八王（Narenga porphyrocoma）是甘蔗野生近缘种，经长期自然选择保留了丰富抗逆基因，但其抗旱分子机制，尤其是关键转录调控因子仍不清楚。WRKY 转录因子是植物最大转录因子家族之一，可通过结合靶基因启动子 W-box 元件参与激素信号与胁迫响应，在抗旱中既有正调控也有负调控作用。因此，在物种特异背景下鉴定并解析 WRKY 成员功能具有重要意义。研究人员利用已发表的河八王基因组与干旱转录组数据开展 WGCNA，提出 NpWRKY38 可能通过干扰 ABA 介导信号或气孔调控抑制抗旱性的假设，并在水稻中异源过表达结合转录组、生理生化分析进行验证。论文发表于《Plants》。
主要关键技术方法上，研究人员以河八王四叶期幼苗为材料进行干旱、复水及 50 μmol/L ABA 处理；采用 WGCNA 从干旱转录组中筛选蓝模块候选基因；基于启动子区 2000 bp 进行 PlantCARE 顺式作用元件预测；将 NpWRKY38 在水稻日本晴背景下以 CaMV 35S 启动子异源过表达，获得 OE-1、OE-2、OE-7 等独立株系；利用 RT-qPCR 验证表达模式；通过 UHPLC-MS/MS 定量 ABA、SA 及 SAG；以扫描电镜观察气孔、透射电镜观察叶绿体超微结构；用 LI-6400XT 测定气孔导度；以 RNA-seq 在 CK_WT、DS_WT、CK_WRKY38OE、DS_WRKY38OE 间进行差异表达与 GO/KEGG 富集分析。
2.1 鉴定 NpWRKY38 为干旱响应负调控转录因子：研究人员通过 WGCNA 发现蓝模块与干旱处理显著负相关，模块内 87 个转录因子下调，按模块内连接度取前 1% 并与差异基因交集，获得 NpWRKY38；RT-qPCR 验证其在 20 天断水下达对照 0.05 倍，系统发育显示其属 Group III WRKY，具单 WRKY 域与 C2HC 型锌指，故后续聚焦 ABA/SA 稳态与信号。
2.2 NpWRKY38 干旱诱导下调依赖 ABA 信号通路：启动子含 ABRE、TCA、MYC、DRE1、W-box 等；断水 5、7、15 天表达降至 0.49、0.25、0.05 倍，复水 1 天恢复；50 μmol/L ABA 处理 6 小时降至 0.26 倍，说明干旱下调至少部分由 ABA 信号介导。
2.3 NpWRKY38 过表达降低水稻抗旱性：OE 株系 3 天干旱萎蔫更重，SOD、POD、CAT 活性降 7.6%–23.3%，相对含水量（RWC）从第 1 天起显著低于野生型，丙二醛（MDA）与过氧化氢（H2O2）升高，脯氨酸降低，复水后存活率降 50.0%–57.1%，证明过表达削弱抗旱性。
2.4 过表达扰乱 ABA/SA 稳态并损害气孔关闭：干旱下 OE 内源 ABA 升至野生型 76.7%–83.9%，但游离 SA 为 65.0%–70.0%、SAG 为 19.7%–20.4%；野生型气孔近全闭，OE 仅部分关闭，气孔导度（Gs）为野生型 1.45–1.63 倍；外源 ABA 下 OE 气孔仍不敏感，证实 ABA 信号转导受损而非合成不足。
2.5 过表达抑制光合通路并扰乱 ABA 与 SA 信号：RNA-seq 得到 5659 个干旱特异核心靶基因；下调基因富集光合作用、卡尔文循环碳固定、卟啉与类胡萝卜素合成，上调基因富集 MAPK 信号与激素转导；NCED 上调，ABI5 下调，PP2C 上调；PAL、C4H、NPR4、WRKY45 广泛下调，说明光合能量代谢与激素防御同时受损。
2.6 过表达加剧干旱诱导叶绿体损伤：正常供水时 SPAD 与超微结构无差异；干旱后 OE 的 SPAD 降幅更大，出现叶绿体膨胀、类囊体片层紊乱、基粒破坏，与光合基因下调互为因果。
讨论部分总结，研究人员指出 NpWRKY38 是 ABA 下游负调控因子，过表达使 PP2C 上调和 ABI5 下调共同阻断 ABA 信号，使气孔对 ABA 不敏感；SA 通路从合成（PAL、C4H）到信号（NPR4、WRKY45）被抑制，抗氧化酶 SOD、POD、CAT 活性下降，活性氧清除减弱；光合基因特别是捕光复合体相关基因受抑，导致类囊体膜黏附与基粒堆叠异常。ABA 过量积累可能通过 ABA-SA 拮抗进一步压制 SA。与 OsWRKY12、RrWRKY56 等单通路负调控因子不同，NpWRKY38 呈 ABA 信号、SA 防御、光合作用三通路协同抑制，因此编辑甘蔗同源基因有望在不严重减产下提升抗旱性。
结论部分翻译：综上，研究人员从甘蔗野生近缘种河八王中鉴定到干旱抑制的 WRKY 转录因子 NpWRKY38，其为抗旱性负调控因子。水稻中过表达 NpWRKY38 损害 ABA 信号转导（通过上调 PP2C 与下调 ABI5），导致尽管 ABA 积累但气孔不敏感且关闭缺陷；同时抑制 SA 生物合成、伴随抗氧化防御下降，并广泛下调光合基因，加剧叶绿体膨胀、类囊体紊乱与基粒破坏等干旱诱导损伤。这些通路协同增强转基因株系干旱敏感性。该研究发现多通路负调控机制，并为通过基因编辑改善甘蔗抗旱性提供潜在靶点。
