植物免疫研究团队揭示了TaERF87与TaAKS1协同调控小麦抗旱性的作用机理

近日， New Phytologist 在线发表了植物免疫研究团队康振生院士/毛虎德课题组完成的题为“TaERF87 and TaAKS1 synergistically regulate TaP5CS1/TaP5CR1-mediated proline biosynthesis to enhance drought tolerance in wheat”的研究论文。该研究挖掘了小麦抗旱新基因 TaERF87 ，并揭示了TaERF87与TaAKS1协同调控小麦抗旱性的作用机理。

小麦是全球干旱、半干旱地区的主要粮食作物，保障小麦安全高效生产，对确保我国乃至世界粮食安全具有举足轻重的地位和作用。但是，随着全球气候变暖，小麦生产受到非生物胁迫危害日益严重，其中干旱胁迫已经成为限制小麦生产的主要非生物逆境因子之一。因此，挖掘小麦抗旱基因，揭示小麦抗旱分子机理，对于小麦抗旱改良具有重要意义。研究表明，脯氨酸含量的增加是植物对长时间水分亏缺做出的一种应答反应。虽然脯氨酸合成关键基因 P5CS 和 P5CR 在植物干旱胁迫应答中的作用已被报道，然而，干旱胁迫下负责脯氨酸合成的转录调控机制仍不清楚。

近年来研究表明，乙烯响应因子（ERFs）在调控植物干旱胁迫应答中具有重要作用。该研究利用转录组测序的方法（RNA-seq）鉴定了一个在PEG诱导的脱水胁迫应答中起重要作用的枢纽基因 TaERF87 。基因表达分析发现 TaERF87 在干旱、乙烯以及ABA处理下均上调表达。在小麦中过表达 TaERF87 可以提高植株脯氨酸含量并增强小麦的抗旱性，而 TaERF87 沉默后小麦脯氨酸含量及抗旱性降低。进一步通过转录组测序挖掘了受TaERF87调控的脯氨酸生物合成相关基因 TaP5CS1 和 TaP5CR1 ，并通过分子生物学实验验证了TaERF87通过直接结合基因启动子区GCC-box/E-box元件并激活 TaP5CS1 和 TaP5CR1 的表达。此外， TaP5CS1 过表达小麦株系的脯氨酸含量及抗旱性均高于野生型植株。

进一步研究发现，TaERF87能够与bHLH转录因子TaAKS1发生互作，并协同增强 TaP5CS1 和 TaP5CR1 的表达，进而提高脯氨酸的生物合成及小麦抗旱性。此外，该研究还发现TaABF2转录因子可结合 TaERF87 和 TaAKS1 启动子区ABRE应答元件并激活基因的表达。总之，该研究阐明了TaABF2-TaERF87/TaAKS1-TaP5CS1/TaP5CR1模块介导的小麦抗旱应答机制，为小麦抗旱改良提供了重要的基因资源。

TaABF2-TaERF87/TaAKS1-TaP5CS1/TaP5CR1模块在小麦干旱胁迫应答中的作用模式

西北农林科技大学康振生院士和毛虎德研究员为该论文的通讯作者，研究生杜琳颖和高级实验师黄雪玲为论文的共同第一作者。旱区作物逆境生物学国家重点实验室实验平台为文章完成提供了技术支持。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。

原文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18549