PpWRKY53与PpCML11相互作用，通过调控热激蛋白表达增强沙梨果实的高温耐受性

《Plant Science》：PpWRKY53 interacts with PpCML11 to enhance high temperature tolerance in sand pear fruit by regulating heat shock protein expression

　　

摘要

高温胁迫在梨果成熟期间损害果实品质，常导致水渍状褐变。WRKY转录因子在果实耐热性中的作用尚不清楚。通过对短期和长期热处理的果实进行转录组分析，我们鉴定到一个热响应WRKY基因，PpWRKY53。该基因的表达受高温强烈诱导，其核定位蛋白作为正调控因子发挥作用。瞬时过表达PpWRKY53显著降低了热诱导的果肉褐变、电解质渗漏、H?O?和MDA水平，同时维持了较高的硬度；沉默PpWRKY53则加剧了这些胁迫表型。此外，PpWRKY53与一个钙调素样蛋白PpCML11相互作用。DAP-seq和双荧光素酶实验表明，PpWRKY53结合于PpHSP17.5-E启动子，并激活PpHSP17.5-E和PpHSP17.5-M的转录。当在烟草叶片中与PpCML11共表达时，PpWRKY53增强了PpHSP17.5-M的表达，但对PpHSP17.5-E没有显著影响。然而，当在梨果中共表达时，PpWRKY53和PpCML11共同增强了PpHSP17.5-E和PpHSP17.5-M的表达，并减轻了水渍状褐变、ROS积累和MDA积累。总之，我们的发现揭示了PpWRKY53作为关键的调控因子，通过与PpCML11相互作用激活下游HSP的表达，从而增强沙梨果实的高温耐受性。本研究为培育耐热带沙梨品种提供了重要的遗传资源和理论基础。

引言

高温是限制植物生长和发育的关键非生物胁迫因子，对生理代谢产生系统性和多维度的不利影响（Divya等，2023）。在果实发育的背景下，高温胁迫干扰细胞分裂和膨大过程，抑制正常形态发育，并对品质形成的多个方面产生不利影响。这些方面包括果肉质地软化、糖积累不足、有机酸降解加速、花青素合成受阻导致着色不良以及挥发性芳香化合物合成减少（Li等，2023；Medda等，2022）。高温对果实最明显的危害是日灼病的出现，这在苹果、柑橘和葡萄等多种园艺作物中均有记录（Racsko和Schrader，2012；Gambetta等，2022；Park等，2023）。此外，高温还可诱导果实内部表型的变化。最典型的表现是成熟期间果肉褐变（Peng等，2024；Hayama，2015），以及水心病或水渍状褐变（Li等，2025）。这些症状的发生与高温诱导的活性氧（ROS）过度积累密切相关。随着全球变暖趋势加剧，高温胁迫对果树产业可持续发展的威胁日益突出。因此，深入探索果实响应高温的生理和分子机制具有重要的实践意义。

在植物复杂的热胁迫响应网络中，转录因子作为上游调控核心，通过激活或抑制大量下游热响应基因的表达，在增强耐热性方面发挥着至关重要的作用（Sharma等，2024；Rabeh等，2025）。多个转录因子家族，如HSFs、WRKYs和MYBs，已被证实广泛参与植物的热胁迫响应（Fragkostefanakis等，2015；Cheng等，2021；Cui和An，2024）。WRKY转录因子是植物中最大的转录调控因子家族之一，含有高度保守的WRKY结构域，可特异性结合基因启动子中的W-box元件，从而调控一系列胁迫响应过程（Yang等，2025）。在结构上，经典的WRKY结构域由N端的保守WRKYGQK七肽序列与C端的锌指基序配对构成；锌指类型的变化和保守WRKY结构域数量的差异进一步将WRKY超家族分为三个主要亚群（Yang等，2025）。近年来的研究表明，WRKY蛋白不仅参与病原菌感染、干旱和盐胁迫响应，还在高温信号通路中发挥关键作用。例如，MdWRKY75和MdHSC70形成一个模块，通过调控热激因子基因的表达介导苹果植株的耐热性（Zhang等，2024a）。LrWRKY16通过LrHSP17.2介导的稳态和ROS清除来提高大百合的耐热性（Mei等，2025）。这些WRKY基因可能通过调控HSP表达、维持ROS平衡和促进保护性物质合成等途径来提高细胞耐热性。然而，与模式植物相比，目前关于WRKY转录因子在果树作物尤其是果实高温耐受机制中作用的研究仍然有限。

沙梨（梨属日本亚种）是原产于东亚的重要经济果树。其果肉脆嫩多汁，酸甜适口，在市场上广受欢迎（Chandel等，2023）。然而，果实成熟期主要落在七月至九月的炎热季节。这一时期持续的高温可胁迫果实发育，导致一系列生理异常，包括果实大小减小、伴随过度软化的异常成熟以及果肉水心病和褐变的发生（Li等，2025）。这些高温诱导的品质劣化现象严重制约了沙梨产业的高质量发展。目前，关于沙梨响应高温胁迫的分子机制研究相对有限，WRKY转录因子是否以及如何参与沙梨果实耐热性的形成尚不清楚。因此，系统鉴定沙梨WRKY基因家族的关键成员，分析其在高温胁迫下的表达模式，并进一步探索其下游靶基因的调控网络机制，不仅有助于在理论层面揭示沙梨果实耐热品质形成的分子基础，还为今后改良沙梨耐热性提供重要的遗传资源和战略参考。

章节摘要

植物材料处理

果实短期高温处理：在成熟"丰水"梨果实采收后（约花后120天），分别进行30℃、33℃、36℃、39℃、42℃和45℃的温度梯度处理，每个温度处理6 小时。每个处理设三个生物学重复，每个重复六个果实。对于短期处理，温度梯度设计涵盖了从近最适到可能致伤的温度范围，使我们能够识别阈值

梨果响应高温胁迫的关键WRKY基因筛选

对短期高温（SHT）处理的梨果进行转录组分析，发现共有7034个差异表达基因，其中包括2114个上调基因和4920个下调基因（图1A）。这些差异表达基因主要富集在内质网蛋白加工、核质运输、氨基糖和核苷糖代谢、植物MAPK信号通路以及植物激素信号转导等通路中（图1B）。共鉴定到22个

讨论

高温日益成为全球农业生产面临的严峻挑战。在气候变化的背景下，高温事件的发生频率、强度和持续时间显著增加，对农业系统的稳定性和粮食安全构成严重威胁。目前，高温已从季节性现象演变为跨越作物关键生长阶段的持续性胁迫，严重危害了安全

结论

本研究阐明了沙梨果实耐热性的一种新型调控机制（图9）。热响应转录因子PpWRKY53通过减轻热诱导的氧化损伤和品质劣化，正性调控果实耐热性。在机制上，PpWRKY53与钙调素样蛋白PpCML11发生物理相互作用，两种蛋白协同作用直接或间接激活热激蛋白基因PpHSP17.5-E

资助

本工作得到湖北省果树种质创新与利用重点实验室（湖北省农业科学院园艺与茶叶研究所）（编号：GSSZ2026A007）和江苏省研究生科研与实践创新计划（扬州大学）（编号：SJCX21_1615）的资助。

CRediT作者贡献声明

姜成力：验证、方法学、数据整理。张青青：方法学、调查研究。张晶：监督指导。王春来：写作——审阅与编辑、监督指导。刘晓：写作——初稿、监督指导、资金获取。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

刘晓|姜成力|张青青|张晶|王春来

扬州大学园艺与景观学院，江苏扬州225009，中国