園藝院丨侯喜林教授和劉同坤教授課題組揭示不結(jié)球白菜根系發(fā)育新機制

近日，南京農(nóng)業(yè)大學侯喜林教授和劉同坤教授團隊在Horticulture Research在線發(fā)表了題為BcWRKY25-BcWRKY33A-BcLRP1/BcCOW1 module promotes root development for improved salt tolerance in Bok Choy的研究論文，揭示了BcWRKY33A通過調(diào)控BcLRP1和BcCOW1的表達，促進不結(jié)球白菜主根伸長和根毛形成的作用機制，提出了BcWRKY25作為鹽脅迫響應因子，直接調(diào)控BcWRKY33A在鹽脅迫條件下表達的工作模式。

根是植物的地下部分，主要負責穩(wěn)定和支撐植物地上部分的發(fā)育，儲存和運輸水分和養(yǎng)分，并與土壤中的生物相互作用，保證植物的生存和健康。課題組前期研究表明，在鹽脅迫下，不結(jié)球白菜根系中BcWRKY33A表達顯著上調(diào)，異源表達BcWRKY33A有助于提高擬南芥的耐鹽性和促進根系發(fā)育。然而，BcWRKY33A如何調(diào)控根系發(fā)育的詳細分子機制尚不明確。

該研究通過發(fā)根農(nóng)桿菌介導的轉(zhuǎn)基因體系獲得轉(zhuǎn)基因株系，發(fā)現(xiàn)相比于35S:GFP植株，35S:BcWRKY33A-GFP根系中的側(cè)根原基發(fā)育速度更快，根尖分生組織區(qū)域細胞更大，根毛的密度更高；通過病毒誘導基因沉默（VIGS）技術獲得BcWRKY33A的沉默株系，與pTRV2根系相比，pTY-BcWRKY33A根系較短，側(cè)根較少，根毛表現(xiàn)出明顯的生長抑制，表現(xiàn)出卷曲或分叉的表型等。

圖1 BcWRKY33A過表達促進不結(jié)球白菜根系伸長和根毛形成

通過DNA親和純化測序（DAP-seq）技術對BcWRKY33A下游結(jié)合基因進行預測，并通過酵母單雜點對點驗證、雙熒光素酶、EMSA等實驗證明了BcWRKY33A可以直接結(jié)合BcLRP1和BcCOW1的啟動子，從而調(diào)控其表達。進一步分析了BcLRP1和BcCOW1的表達模式和生物學功能，與35S:GFP根系相比，35S:BcLRP1-GFP根系的主根明顯更長，側(cè)根明顯更短，側(cè)根發(fā)育相關基因BcIAA18、BcIAA28、BcARF7和BcARF19的表達受到抑制，表明BcLRP1在白菜根中的過表達可以增加主根長度，同時抑制側(cè)根的形成。同時，與35S:GFP根系相比，35S:BcCOW1-GFP根系的根毛豐度更高，根毛發(fā)育相關基因BcSCN1、BcTIP1、BcGTL1的表達顯著上調(diào)，表明BcCOW1在白菜根中的過表達可以促進根毛發(fā)育。

除此之外，探究了BcWRKY33A上游潛在的調(diào)控因子。研究以BcWRKY33A啟動子為誘餌進行了酵母單雜文庫篩選，發(fā)現(xiàn)3個蛋白（BraC03g016460.1、BraC03g045330.1和BraC03g041750.1）參與鹽脅迫響應。利用酵母單雜點對點和雙熒光素酶試驗證實了BraC03g045330.1（BcWRKY25）結(jié)合BcWRKY33A啟動子，且BcWRKY25的表達受到鹽脅迫誘導，隨處理時間延長，表達量顯著上調(diào)，提示其在鹽脅迫響應途徑中的重要作用。

綜上，這些結(jié)果有助于闡明BcWRKY25-BcWRKY33A-BcLRP1/BcCOW1模塊在調(diào)控根系發(fā)育方面的作用機制，增進對植物耐鹽機制的理解，為提高不結(jié)球白菜的耐鹽性提出潛在的策略。

圖2 BcWRKY33A介導的不結(jié)球白菜根系發(fā)育的工作模型

南京農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)博士生王惠玉（現(xiàn)就職于北京農(nóng)學院）為本文的第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院白菜系統(tǒng)生物學實驗室侯喜林教授和劉同坤教授為該論文的通訊作者。美國北卡羅來納州立大學劉武生教授、南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院李英教授、肖棟博士和鄭禹杉、王美云等研究生也參與了本項工作。該研究受到國家自然科學基金（32372698, 32072575）、國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術體系（CARS-23-A16）、江蘇省研究生科研與實踐創(chuàng)新項目(KYCX22_0752)、美國農(nóng)業(yè)部國家糧食與農(nóng)業(yè)研究所(NIFA) Hatch project等項目資助。