近日，我校生命科学学院党峰峰博士后与福建农林大学何水林教授等合作在园艺领域的权威期刊Horticulture Research杂志（中科院一区TOP，IF 7.291）发表了题为“SlWRKY30 and SlWRKY81 synergistically modulate tomato immunity to Ralstonia solanacearum by directly regulating SlPR-STH2”的研究论文，揭示了“SlWRKY30-SlWRKY81”模块通过协同激活病原菌相关蛋白SlPR-STH2的表达提高番茄青枯病抗性的分子机制。论文在线网址https://doi.org/10.1093/hr/uhad050。
番茄（Solanum lycopersicum）在世界各地广泛栽培，是具有重要经济价值的水果和蔬菜兼用植物。然而在番茄设施栽培中，由弱光和高湿引起的各种病害日趋严重，其中包括番茄青枯病。青枯病是一种维管束土传性病害，其致死性高、宿主范围广、地理分布宽而被认为是最有破坏性的植物病害。番茄青枯病的致病菌是茄科劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum），简称青枯菌，主要随病株残体在田间土壤中越冬，病株的叶片自上而下萎蔫，并在数天后扩散至全株造成死亡，严重影响番茄的产量与品质。
图1：番茄设施栽培中青枯病症状图
植物的抗病性在很大程度上受到转录水平的调节，转录因子（Transcription Factor, TF）作为关键调节因子通过整合防御反应信号并将其转化为大量基因的转录重排从而引起抗病水平的增强。WRKY蛋白是植物中最大的TF家族之一，其成员包含至少一个保守的WRKY结构域，通过与靶基因启动子区域中的W-box [(C/T)TGAC(C/T)]结合，直接激活或抑制靶基因的表达，从而正或负调控植物的免疫反应。一些WRKY TFs通过转录水平的变化在植物抵抗病原菌侵染过程中扮演了重要角色，或多个WRKY成员通过蛋白之间相互作用形成WRKY-WRKY调控网络，快速和有效地激活植物免疫防御。然而，WRKY TF如何互作调控番茄抗青枯病尚不清楚。
该研究通过分析番茄WRKY第三亚家族成员SlWRKY30、SlWRKY41、SlWRKY52、SlWRKY53、SlWRKY54、SlWRKY59、SlWRKY80和SlWRKY81在青枯菌侵染和外源水杨酸（salicylic acid，SA）处理后的表达变化，发现青枯菌侵染和外源SA处理显著诱导了SlWRKY30的表达，转录激活活性和亚细胞定位分析发现SlWRKY30具有转录激活活性且定位于细胞核。系统进化树显示，SlWRKY30与辣椒CaWRKY41具有较高的同源性，课题组早期研究发现，CaWRKY41正调控了辣椒对青枯病的抗性(Dang et al., 2019)。随后，该研究通过对SlWRKY30过量表达番茄株系（OE6和OE8）、沉默株系（TRV:Slwrky30）和对照株系的青枯菌侵染后的抗性分析、DAB和Tryblue染色发现，SlWRKY30正调控了番茄对青枯病的抗性。RNA-seq和RT-qPCR分析发现，青枯菌侵染后SlWRKY30上调一组病程相关蛋白SlPR-STH2a、SlPR-STH2b、SlPR-STH2c和SlPR-STH2d （随后称SlPR-STH2）的表达，且他们氨基酸序列同源性超过70%。先前研究表明，病原菌侵染可以强烈诱导SlPR-STH2基因的表达以及不同物种中SlPR-STH2蛋白具有较高的保守性 (Du et al., 2017; Yang et al., 2022)。进一步，双荧光素报告系统和EMSA结果表明，SlWRKY30通过直接与启动子中的W-box结合来激活SlPR-STH2的表达。上述这些研究结果表明SlWRKY30通过直接激活SlPR-STH2的表达增强了番茄对青枯病的抗性。
该研究进一步通过分子生物学和生化实验证实，SlWRKY30与SlWRKY Ⅲ亚族成员SlWRKY81存在蛋白质相互作用。此外，SlWRKY81的沉默降低了番茄对青枯病抗性，且SlWRKY81通过直接与启动子中的W-box结合来激活SlPR-STH2的表达。最后，通过烟草瞬间表达系统和EMSA证实了SlWRKY30与SlWRKY81通过蛋白互作进协同激活了相关蛋白SlPR-STH2的表达。
图2：SlWRKY30和SlWRKY81协同提高番茄青枯病抗性的模式图
综述所述，SlWRKY30和SlWRKY81通过协同激活SlPR-STH2的表达提高了番茄对青枯病的抗性。
我校生命科学学院博士后党峰峰为改论文第一作者，该研究得到了中国博士后基金（2020M682732）和广东省青年联合基金（2019A1515110239）等项目的资助。
文图/生命科学学院
