近日，Scientia Horticulturae在线发表了西南大学柑桔研究所李强课题组题为The WRKY transcription factor CsWRKY55 positively regulates citrus bacterial canker resistance in Citrus sinensis的研究论文。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113714.
研究背景
研究结果
1. CsWRKY55生物信息学和表达分析
CsWRKY55基因定位于C. sinensis的7号染色体上，编码包含一个WRKY结构域的356个氨基酸组成的蛋白质。CsWRKY55基因包含两个内含子和三个外显子（图1A）。进化树显示CsWRKY55与Solanum lycopersicum的同源基因最接近（图1B）。拟南芥原生质体表达结果表明，GFP标记的CsWRKY55完全位于细胞核中，而对照GFP在细胞质和细胞核中都能观察到（图1C）。对Xcc侵染后CsWRKY55表达显示，在柑橘溃疡病有抗性的金柑（Kumquat）栽培品种中基因的显著上调（图1D）。相比之下，在柑橘溃疡病的感病品种晚锦橙（Wanjincheng）中没有明显变化。
图1 CsWRKY55的表达和生物信息学分析
2. CsWRKY55过表达增强对柑橘溃疡病的抗性
为研究CsWRKY55的功能，我们构建了CsWRKY55的过表达质粒（图2A）。转基因后，在晚锦橙中CsWRKY55被明显过表达（图2B）。与对照相比，过表达CsWRKY55的植物显示柑橘溃疡病症状大幅减少（图2C），平均病变面积减少了62.46%（图2D），平均病情指数值减少了55.03%（图2E）。综上所述，CsWRKY55过表达会增加对柑橘溃疡病的抗性。
图2 CsWRKY55过表达对柑橘溃疡病抗性的影响
3. CsWRKY55沉默对柑橘溃疡病的抗性
通过在晚锦橙中的沉默，研究了CsWRKY55在柑橘溃疡病抗性中的作用。TRV2载体用于构建CsWRKY55的VIGS的质粒（图3A）。一组特异性于TRV1和TRV2的引物用于对基因沉默植株进行PCR分析，以验证CsWRKY55沉默情况（图3B）。与对照组相比，VIGS植物中CsWRKY55的表达水平相对较低（图3C）。与对照植株相比，Xcc接种的沉默植株表现出更严重的柑橘溃疡病症状（图3D）。病变区域比对照组大1.34倍和1.30倍（图3E），病情指数值分别比对照值高1.62倍和1.43倍（图3F）。以上结果表明CsWRKY55的沉默降低了对柑橘溃疡病的抗性。
图3 CsWRKY55沉默对柑橘溃疡病抗性的影响
4. CsWRKY55沉默改变植物激素水平
在CsWRKY55沉默材料中评估了SA、JA、ABA、和ET等植物激素的水平。结果显示CsWRKY55沉默减少了SA和ET的水平（图4A和图B），同时提高JA和ABA的水平（图4C和图D）。以上结果表明，减少CsWRKY55的表达通过降低JA和ABA水平以及增加C. sinensis中的SA和ET水平来降低植物对柑橘溃疡病的抗性。
图4 CsWRKY55沉默对植物激素水平的影响
5. CsWRKY55沉默改变了参与植物激素生物合成和信号传递的基因的表达
在CsWRKY55沉默后，与SA生物合成（CsLOX2）相关的基因表达降低，与SA信号（CsTGA1，CsNPR1）相关的基因表达增加（图5A-E）。此外，CsWRKY55沉默上调了参与JA合成的CsAOS1-1、CsAOS1-2和CsOPR3基因，以及与JA相关的基因（CsWRKY70，CsMYC2-1）（图5F-J）。此外，与ABA信号（CsPP2C-3、CsPP2C-8）和合成（CsNCED1-1、CsNCED1-2）相关的基因也被上調（图5K-N）。这些结果表明，CsWRKY55是SA信号通路的正调节剂，也是ABA和JA信号通路的抑制剂。CsWRKY55调节晚锦橙的植物激素合成与信号转导，从而调节对柑橘溃疡病的抗性。
图5 CsWRKY55沉默对植物激素生物合成和信号转导的影响
6. 结论
CsWRKY55调节了柑橘对柑橘溃疡病的抗性，正如CsWRKY55过表达和沉默所显示的那样。CsWRKY55沉默表明，CsWRKY55通过增加SA和ET水平，同时降低ABA和JA水平，进而正调控柑橘溃疡病抗性。这些结果表明，CsWRKY55在抗柑橘溃疡病方面发挥了重要作用，这意味着它有可能成为培育种植抗溃疡病柑橘新品种的重要候选基因。
西南大学柑桔研究所李强副教授和何永睿研究员为该论文通讯作者，硕士研究生线宝航为该论文第一作者。这项研究由中国国家重点研发计划（2022YFD1201600）、国家自然科学基金（32472682）等项目资助。
团队或作者（第一或者[和]通讯作者）简介
通讯作者简介：李强，男，博士，副教授，硕士生导师。主要从事柑橘功能基因组学, 生物信息学与数据库学, 分子育种与分子标记辅助育种等研究工作. 重庆植物学会理事，中国植物学会, 中国柑桔学会, 国际种业科学家联盟(联合体) 等学术组织成员. Plant Physiology, Environmental and Experimental Botany等20余个学术期刊审稿人. Agriculture Communications,中国农业科学, 中国南方果树等期刊青年编委. 在Plant Journal, Journal of Experimental Botany, Horticulture Research等期刊发表论文 62 篇，其中 SCI 收录 39 篇, 含一区 21 篇.授权国家发明专利 22 项, 申请 PCT 国际专利 1 项, 授权软件著作权 1 项, 开发数据库 2 项, 参与新品种培育 5 个, 获重庆市科技进步一等奖 1 项，二等奖1项，主编著作2部. 主持和参加重点研发计划子课题, 国家自然基金面上项目, 重庆自然科学基金面上项目等各级项目20余项。
