廣東
近日，南京農業大學作物遺傳與種質創新利用全國重點實驗室/園藝學院柳李旺教授團隊在國際植物學知名期刊Plant, Cell & Environment和The Plant Journal發表了題為“RsKNAT3 interacts antagonistically with RsKNAT1 to confer thermotolerance by regulating RsDREB2A transcription in radish”和 “RsWRKY49 promotes cold tolerance via activating the expression ofRsCBF2 andRsNR2 in radish (Raphanus sativus L.)”的研究論文，分別揭示了RsKNAT3/1和RsWRKY49調控蘿卜肉質根高溫與低溫脅迫響應的分子機制。
蘿卜是一種重要的根莖類蔬菜作物，以膨大肉質根為主要產品器官。蘿卜肉質根形成涉及維管形成層細胞不斷向內和向外分裂分化成木質部和韌皮部。隨著全球氣候變化進程日益加劇，高溫/低溫脅迫嚴重制約肉質根形成層細胞活動和發育，導致肉質根膨大受阻，產量與品質下降。盡管KNOX與WRKY轉錄因子在植物生長發育和溫度脅迫響應方面發揮著重要作用，但其調控蘿卜肉質根形成膨大及高溫/低溫耐性的分子機制仍不明確。
該研究利用蘿卜RNA-Seq及RT-qPCR分析鑒定到調控蘿卜耐熱性差異的關鍵轉錄因子RsKNAT1和RsKNAT3，表型分析發現，RsKNAT3沉默植株耐熱性明顯降低，而RsKNAT1沉默植株表現出相反的趨勢。綜合利用Y2H、BiFC、Pull-down、LCI技術發現RsKNAT1與RsKNAT3發生互作（圖1）。進一步分析發現，RsKNAT3可激活耐熱核心調控因子RsDREB2A基因表達，而RsKNAT1不能結合RsDREB2A啟動子，但可抑制RsKNAT3對RsDREB2A的激活能力，表明RsKNAT1對RsDREB2A的抑制作用需要依賴于RsKNAT3。
圖1 RsKNAT1和RsKNAT3蛋白的互作分析
在耐熱蘿卜基因型中，RsKNAT3表達量顯著高于RsKNAT1，RsKNAT3作為轉錄激活子，通過正調控RsDREB2A表達增強蘿卜植株耐熱性；在熱敏感蘿卜基因型中，RsKNAT1表達量高于RsKNAT3，RsKNAT1通過與RsKNAT3互作抑制RsKNAT3對RsDREB2A的激活，降低蘿卜植株耐熱性（圖2）。該研究揭示了RsKNAT3與RsKNAT1相互拮抗調控蘿卜耐熱性的轉錄調控機制，研究結果為蘿卜耐熱性狀遺傳改良與優異種質創新提供了重要的分子靶標與理論基礎。
圖2 RsKNAT3與RsKNAT1相互拮抗調控蘿卜耐熱性的轉錄調控網絡
該研究發現RsWRKY49在蘿卜根中特異表達并能響應低溫誘導，且在蘿卜耐冷基因型‘NAU-RG’根中受冷誘導表達量明顯高于冷敏感基因型‘NAU-XBC’。過表達RsWRKY49可提高冷敏感基因型蘿卜耐冷性，而抑制表達RsWRKY49增加了耐冷基因型蘿卜低溫敏感性。過表達RsWRKY49的蘿卜毛狀根根尖細胞分裂活動增強，且維持冷脅迫下根生長的能力（圖3）。啟動子分析發現，1個DRE順式作用元件僅存在于耐冷基因型RsWRKY49啟動子，且低溫脅迫下耐冷基因型RsWRKY49啟動子活性顯著高于冷敏感基因型。此外，RsWRKY49可直接結合RsCBF2和RsNR2啟動子并激活其表達，進而增強蘿卜植株低溫耐性。
圖3 RsWRKY49平衡蘿卜根系生長與低溫脅迫響應
低溫脅迫下，耐冷基因型蘿卜肉質根中RsWRKY49表達水平顯著升高。上調表達的RsWRKY49增強蘿卜耐冷性并促進肉質根生長。耐冷基因型蘿卜RsWRKY49啟動子低溫響應能力強于冷敏感基因型，導致耐冷基因型RsWRKY49轉錄水平增強，進而通過CBF-COR信號通路和硝酸鹽同化途徑，促進耐冷基因型‘NAU-RG’相較于冷敏感基因型‘NAU-XBC’具有更強的耐寒性（圖4）。本研究解析了RsWRKY49調控蘿卜肉質根低溫脅迫響應的分子機制，為耐低溫蘿卜種質創制和遺傳改良提供重要的基因資源和理論依據。
圖4 RsWRKY49通過CBF信號和硝酸鹽同化途徑正向調控蘿卜低溫脅迫響應
南京農業大學作物遺傳與種質創新利用全國重點實驗室/園藝學院、生物育種鐘山實驗室博士研究生王凱/李景雪、陳森分別為兩篇論文第一作者，柳李旺教授為通訊作者。團隊徐良、王燕副教授參與了相關研究。相關研究得到了江蘇省科技計劃（重點研發計劃現代農業）重點項目、江蘇省種業振興“揭榜掛帥”項目、江蘇省農業科技自主創新資金項目[CX(23)1013]、國家自然科學基金和江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（PAPD）資助。
https://doi.org/10.1111/tpj.70256
https://doi.org/10.1111/pce.15619
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