WRKY转录因子整合环境信号调控十字花科作物开花时间的分子机制

《Plant Science》：Molecular Mechanisms of WRKY Transcription Factors Integrating Environmental Signals to Regulate Flowering Time in Brassica Crops

　　

•WRKY转录因子整合环境信号与开花调控。
•WRKY蛋白在十字花科作物中调控FT、FLC、SOC1和LFY基因。
•环境信号塑造WRKY介导的开花调控网络。
•多组学技术和CRISPR推动了十字花科WRKY的功能分析。
•WRKY转录因子为培育气候适应性十字花科作物提供了靶点。

引言

开花时间是高等植物中最为关键的发育转换之一，它直接决定繁殖成功、作物适应性、产量稳定性和农业生产力（S. Li et al., 2024; Song, Duan, & Zhang, 2024）。在十字花属中，包括油菜（Brassica napus）、萝卜（Brassica rapa）、甘蓝（Brassica oleracea）和芥菜物种等具有重要经济价值的作物，开花调控尤为重要，因为这些作物被种植在气候高度多样的地区（Ozturk et al., 2026, Raza et al., 2020）。然而，包括干旱、盐碱、温度极端以及气候变化导致的日照周期模式改变在内的波动性环境条件，日益扰乱开花同步性和生殖性能（Journé et al., 2025; D. Qian, Wang, Niu, Yang, & Xiang, 2025）。因此，理解协调开花与环境适应的分子机制已成为现代作物改良项目中的主要优先事项（Chai et al., 2023; Ka Zhang et al., 2025）。

在参与植物发育调控的多种转录因子家族中，WRKY转录因子已成为连接胁迫信号与发育转换的核心调控因子（X. Chen, Zhang, Wang, Zhao, & Guo, 2025; Deng et al., 2025）。WRKY家族是植物中最大的转录调控因子类群之一，其特征在于保守的WRKYGQK氨基酸基序和锌指DNA结合结构域。由于基因组重复和多倍化事件，十字花科物种中的WRKY基因家族相较于拟南芥有显著扩增（X. Li et al., 2025）。WRKY蛋白通过与W-box顺式调控元件结合来调控基因表达（M. Guo et al., 2024）。

最初，WRKY转录因子主要与生物胁迫响应相关，如病原防御和系统获得性抗性。然而，近期的基因组学、转录组学和功能研究表明，WRKY蛋白在种子萌发、衰老、激素交叉对话、昼夜节律调控和开花时间控制中也发挥重要作用（X. Jiang, Lv, & Han, 2025; N. Sharma et al., 2024）。环境信号通路对十字花科作物开花启动具有强烈影响。植物整合多种外部信号，包括日照周期、温度、春化作用、干旱、盐碱、营养状况和氧化胁迫，以确定从营养生长向生殖生长转换的最佳时机（Wang et al. 2023）。这些信号汇聚于关键的开花整合基因，如开花位点T（FLOWERING LOCUS T, FT）、恒春（CONSTANS, CO）、CO过表达抑制因子1（SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1, SOC1）、开花位点C（FLOWERING LOCUS C, FLC）和花叶（LEAFY, LFY）。WRKY转录因子最近被鉴定为这些开花通路的重要上游调控因子和调节因子（Dong et al., 2023, Zhang et al., 2024）。

WRKY蛋白与参与开花调控的多种激素和胁迫信号通路相互作用（Wu et al., 2024）。目前，WRKY介导开花调控的机制证据在拟南芥中比在十字花科物种中更为充分。在拟南芥中，WRKY71被认为通过调控FT和LFY促进开花，而WRKY53和WRKY75也与开花相关发育过程有关（S. Liu et al., 2014; Lu et al., 2019）。然而，仅凭同源性不能假定这些调控关系在十字花科中直接保守。十字花科的基因组三倍化及随后的多倍化产生了多个WRKY旁系同源基因和同源基因，它们可能表现出功能冗余、表达模式改变或调控分化（Sidhu, 2026）。因此，源自拟南芥的WRKY-开花关系应被视为十字花科中的候选调控模型，直到获得十字花科特异性遗传、生化或启动子结合证据的支持（J. Zhai et al., 2025）。同样，WRKY12和WRKY13通过ABA依赖性信号机制参与干旱响应型开花适应。

在十字花科物种中，开花时间调控已受到较多研究关注，因为过早抽薹会严重降低商品品质，尤其是在结球甘蓝和白菜等叶类蔬菜中（Xiao et al., 2021）。相反，油菜开花延迟可能缩短灌浆期并降低种子产量。遗传学研究已鉴定出许多与开花相关的数量性状位点（QTLs）和与十字花科作物开花适应相关的胁迫响应基因（Mudasir & Shahzad, 2025）。

拟南芥与十字花科物种之间的比较基因组分析显示，开花调控因子具有高度保守性，尽管十字花科基因组拥有额外的重复同源基因，这些基因可能具有功能多样化。近期的转录组学研究表明，WRKY基因在春化作用、日照周期转换和生物胁迫暴露期间表现出高度动态的表达模式（Wang et al., 2024）。油菜RNA测序研究鉴定出在冷和干旱条件下花转换期间差异表达的40多个胁迫响应型WRKY基因（Y. Zhang et al., 2024）。此外，CRISPR/Cas介导的基因编辑和过表达分析日益支持WRKY转录因子作为作物育种和气候适应性农业潜在分子靶点的角色（Shahsavari, Raspor, & Mohammadi, 2025）。

WRKY转录因子可能作为环境信号与开花通路之间的重要分子纽带发挥作用。然而，WRKY介导调控的许多方面，包括下游靶标、蛋白互作和物种特异性功能，仍未得到充分理解（Goyal et al., 2023, Song et al., 2024）。因此，本综述批判性地审视了当前对WRKY转录因子及其在十字花科物种开花时间调控中作用的认识。综述总结了WRKY蛋白的进化、结构和功能多样性，并评估了它们参与开花通路及调控关键花整合基因的情况。特别强调了WRKY转录因子如何整合环境、激素、昼夜节律和胁迫相关信号以影响开花响应。本综述还突出了十字花科研究中的主要知识空白和当前挑战，并讨论了功能验证和作物改良的 emerging 机遇。通过综合现有证据，本综述为未来旨在提高十字花科作物开花适应性和环境韧性的研究奠定了基础。

各节片段

十字花科中的WRKY家族：进化、结构和分类

WRKY转录因子构成植物中最大的调控蛋白家族之一，调控胁迫响应、发育和开花（Wani, Anand, Singh, Bohra, & Joshi, 2021）。WRKY蛋白的一个定义性特征是高度保守的WRKYGQK DNA结合基序与锌指结构域相结合，这使其能够特异性结合靶基因启动子中的W-box顺式调控元件（TTGACC/T）（H. Chen et al., 2022; W. Wu et al., 2024）。这一保守的分子调控通路控制开花时间

十字花科作物的开花时间由相互关联的分子通路控制，使植物能够协调生殖转换与环境及发育信号（Braynen et al., 2021）。主要通路包括日照周期通路、春化作用通路、赤霉素介导通路、自主通路、年龄依赖通路和花整合网络（Wang et al. 2023）。尽管这些通路与拟南芥广泛保守，但十字花科物种因基因组重复而拥有额外的开花相关基因……

促进开花和依赖背景的WRKY调控因子

多个WRKY转录因子作为开花的正调控因子发挥作用，通过促进花整合基因的表达来促进从营养生长向生殖发育的转换（Deng et al., 2025, Song et al., 2024）。在这些调控因子中，WRKY71得到了最为广泛的研究。拟南芥研究表明，WRKY71直接结合FT和LFY启动子内的W-box元件，导致……

WRKY转录因子、昼夜节律和植物激素信号之间的对话

十字花科物种的开花时间由环境、激素和发育信号之间复杂相互作用控制（Song et al., 2024）。WRKY转录因子已成为重要的调控枢纽，整合这些多样化通路并协调变化环境条件下的开花响应（S. Li et al., 2024; Thilakarathne et al., 2025）。WRKY蛋白并非在单一信号通路内发挥作用，而是连接昼夜节律调控和激素……

十字花科中WRKY转录因子功能验证有限

尽管全基因组研究已在十字花科物种中鉴定出大量WRKY转录因子，但仅有一小部分得到实验验证（H. Chen et al., 2022）。目前关于WRKY介导开花调控的大部分知识源于拟南芥研究，十字花科中的直接功能证据仍然有限（X. Han et al., 2025）。十字花科基因组的倍性进一步复杂化了功能分析，因为重复的WRKY基因经常……

未来展望

未来研究应聚焦于解决十字花科中WRKY介导开花调控的特定知识空白，而非主要依赖拟南芥建立的调控模型。一个主要优先事项是确定哪些十字花科WRKY同源基因直接调控关键开花基因，特别是FT、SOC1和可能的FLC。同源基因解析的转录组分析结合ChIP-seq、DAP-seq、启动子报告基因检测和靶向功能验证，可以区分……

结论

现有证据支持WRKY转录因子在协调十字花科作物环境响应与开花调控中发挥新兴作用；然而，不同WRKY-靶标关系之间证据的强度差异显著。虽然十字花科特异性研究开始提供直接的机制证据，包括与白花甘蓝（B. juncea）中BjuWRKY13相关的花发育调控，但许多提出的调控联系仍基于拟南芥研究……

未引用参考文献

(Zhang et al. (n.d.))

CRediT作者贡献声明

凌旭：监督、项目管理、资金获取、概念构思。
苏硕炜：论文审阅与编辑。
伊特兹·尤纳斯：论文审阅与编辑、可视化。
马迪哈·赖汉：论文审阅与编辑、原始论文撰写、可视化、调查研究、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本论文报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究由浙江省农业农村厅资助（项目编号：2025ZDXT02-6）。

马迪哈·赖汉 | 伊特兹·尤纳斯 | 苏硕炜 | 凌旭