WRKY转录因子在植物逆境响应中的作用

张桐 李智强 伍国强

（兰州理工大学生命科学与工程学院，兰州 730050）

植物在整个生命周期中会遇到各种各样的生物和非生物胁迫，包括病虫害、干旱、高温、低温、高盐碱和营养缺失等［1-3］。为应对这些不利环境，植物在长期的演化过程中从形态、生理、细胞以及分子水平上形成各种生存机制。转录因子是在基因转录过程中发挥重要作用的蛋白质，可以与靶标基因启动子区域的顺式作用元件结合。在已报道的植物基因组中，已经发现了几类编码转录因子的基因，其中WRKY转录因子是高等植物中最大的转录因子家族之一，能与顺式作用元件W-box发生特异性相互作用。W-box主要存在于与抗病虫害、干旱、低温、盐碱等相关抗性基因的启动子区域，其通过介导激素信号转导途径来调控植物抗性。WRKY不仅参与植物的生长发育，而且在逆境胁迫响应中发挥重要作用。本文就WRKY的发现、结构特点、分类、调控方式、表达模式和近年来在植物响应非生物和生物胁迫中的作用研究进展进行综述，并对未来研究方向加以展望。

1 WRKY转录因子的发现

WRKY是植物中最大的转录因子家族之一，其第一个成员发现于甘薯（Ipomoea batatas）中并命名为SPF1［4］。近年来，在许多植物中鉴定出WRKY家族成员。在不同物种中，WRKY成员数量有所差异，在油菜（Brassica napus）中发现了 343个成员［5］，而在马尾松（Pinus massoniana）中仅鉴定到31个成员［6］（表 1）。

表1 不同物种WRKY家族成员Table 1 WRKY family members in various plant species

2 WRKY转录因子的结构特点、分类及调控方式

WRKY家族的命名源于其最显著的特征：WRKY结构域，这是1个由60个氨基酸组成的区域，在家族成员中高度保守。该结构域包含1个或2个N端的WRKYGQK七肽序列和1个C端的锌指结构。在一些植物中WRKYGQK的七肽序列也 可 以 被 WRKYGKK、WRKYGEK、WRKYGSK或WRKYDQK替代［52］。该结构域能够与启动子区W-box［（T）（T）TGAC（C/T）］特异结合，TGAC是W-box的核心保守序列，与WRKY转录因子及其下游靶点的特异性直接相关，一次突变会显著降低结合活性，甚至完全消失。尽管WRKY对W-box具有固定的结合偏好性，但其对该元件的某些类型或排列的亲和性可能会发生变化［53］。此外，它还是细胞表面受体和特化代谢基因之间的信号节点，也是网络基序的核心组成部分；其拓扑特征往往独立于详细的反应机制和动力学参数，因此可以很容易的调节，以产生预期的表达动态和代谢输出［54］。

依据WRKY七肽序列数量和锌指结构特点可将WRKY蛋白分为3类：I类WRKY蛋白含有2个保守的WRKY七肽序列和1个C2H2（C-X4-5-C-X22-23-H-X-H）的锌指结构；II类和III类WRKY蛋白都只含有1个WRKY七肽序列，不同的是II类蛋白的锌指结构为C2H2，而III类WRKY蛋白的锌指结构为C2HC（C-X7-C-X23-H-X-C）。其中大部分家族成员属于II类WRKY蛋白，依据结构特征将其进一步分为IIa-IIe五个亚组。II、III类家族成员的单个WRKY结构域在序列上更接近于I类蛋白的C端而不是N端，说明C末端和单个WRKY结构域在功能上是等同的，构成了主要的DNA结合结构域。

大部分WRKY通过激活或抑制激素应答基因来调控植物生长和逆境胁迫。这些激素包括水杨酸（salicylic acid，SA）、茉莉酸（jasmonic acid，JA）、乙烯（ethylene，ETH）、脱落酸（abscisic acid，ABA）和赤霉素（gibberellic acid，GA）等。Goyal等［41］分析了25个甘草（Glycyrrhiza glabra）GgWRKYs 在8种不同胁迫下的调控模式，有23个GgWRKYs对非生物胁迫有响应，其中17个是激素诱导的。水稻（Oryza sativa）OsWRKY36通过抑制GA信号来降低株高和籽粒大小［55］。过量表达番茄（Solanum lycopersicum）SlWRKY23的转基因拟南芥（Arabidopsis thaliana）对ETH、JA和GA介导的根生长表现出超敏感性，这种超敏感性与激素应答基因（ERF1和ARF5）的表达量增高密切相关，表明SlWRKY23是通过调控激素应答基因抑制拟南芥根的生长［56］。小 麦（Triticum aestivum）TaWRKY42-B通 过 与JA合成基因AtLOX3及其同源基因TaLOX3相互作用来促进叶片衰老［57］。橡胶树（Hevea brasiliensis）HbWRKY82调控多个激素信号基因（EIN3、ABF3和ABF4）的转录表达，在ETH和ABA介导的叶片衰老和非生物胁迫反应中发挥重要的转录调节作用，并通过ETH和活性氧（reactive oxygen species，ROS）信号途径参与植株再生过程［58］。Cui等［59］在油菜中发现了一个新的WRKY转录因子BnaWSR1。采用凝胶迁移率实验（electrophoretic mobility shift assay，EMSA）和染色质免疫沉淀定量 PCR（chromatin immune precipitation-quantitative PCR，ChIP-qPCR）技术研究发现，BnaWSR1直接与ICS1、Rboh 和SAG14的启动子区结合，促进SA和ROS的合成，从而加速叶片衰老。棉花（gossypium hirsutum）GhWRKY22通过调控JA抑制因子JAZ的表达来抑制花药和花粉发育［60］。密罗木（Myrothamnus flabellifolia）MfWRKY17过量表达显著提高了转基因拟南芥植株的耐盐和抗旱性；进一步研究表明，MfWRKY17过量表达植株中的ABA响应基因（NECD3和RAB18）显著上调，说明MfWRKY17在应激反应途径中作为调控这些响应基因的正调控因子［61］。

3 WRKY转录因子的表达模式

WRKY在植物体内并非是组成型表达，而受各种环境因子（生物和非生物胁迫）的诱导［62］。Li等［16］分析了芝麻（Sesamum indicum）SiWRKYs在非生物胁迫下的表达模式，发现有33个SiWRKYs和26个SiWRKYs分别对涝渍和干旱胁迫响应强烈。盐胁迫下，猕猴桃（Actinidia chinensis）AcWRKY29、AcWRKY40、AcWRKY48、AcWRKY55、AcWRKY95和AcWRKY96的转录水平升高，而AcWRKY38的转录水平降低［22］。Jiang等［63］在毛果杨（Populus trichocarpa）PtrWRKYs的启动子区域发现各种与应激和防御反应相关的顺式作用元件，进一步采用转录组测序技术（RNA sequencing，RNA-seq）分析发现，有61个PtrWRKYs受到生物和非生物胁迫的诱导。在红薯（Ipomoea batatas）中，IbWRKY2在叶中的表达水平显著高于茎、毛根、须根和贮藏根［64］。在马鞭草（Verbena bonariensis）中，VbWRKY32在叶中的转录水平高于茎和根［65］。在橡胶树中，HbWRKY14在乳胶中的转录水平显著高于树皮、叶、花和根［66］。这些结果表明，WRKY表达不仅受各种环境因子的诱导，而且具有一定的组织特异性。

3.1 WRKY转录因子在植物应答非生物逆境胁迫中的作用

植物在生长发育过程中会遇到各种非生物胁迫，包括干旱、盐碱、极端温度、营养缺失等，这些不利的环境条件会抑制植物的生长发育。在逆境条件下，WRKY转录因子调控相关逆境基因的表达，从而提高植物的抗逆性［67］。

3.1.1 对干旱胁迫的响应 干旱是限制作物生长和产量最主重的环境因素之一。长期的干旱胁迫会导致植物光合速率下降，CO2吸收减少，生物积累量和产量下降。Ma等［68］研究表明，过量表达大豆（Glycine max）GmWRKY16的转基因拟南芥，经干旱胁迫后复水处理，存活率超过75%，其脯氨酸（proline，Pro）含量和ABA积累量均高于野生型；而丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量和叶片失水率均低于野生型。Wei等［69］研究表明，过量表达GmWRKY54的转基因大豆耐旱性明显增强；相反，GmWRKY54 的 RNA 干扰（RNA interference，RNAi）植株对干旱更为敏感。值得注意的是，GmWRKY54并非在ABA和Ca2+信号通路中调节下游干旱相关基因的表达，而是在上游激活ABA受体和SnRK2激酶，从而增强大豆的抗旱性，并提高其在干旱条件下的产量。干旱胁迫下，过量表达AtWRKY57的转基因水稻叶片失水率、细胞死亡率、MDA含量和相对电解质渗漏率（electrolyte leakage，EL）均低于野生型，而Pro含量和ROS清除酶活性均高于野生型；进一步研究发现，在转基因植株中，干旱胁迫应答基因（OsP5CS、OsNCED5、OsDREB1A、OsDREB2A、OsRab21和OsRab16D）的表达量均显著提高［70］。在干旱胁迫下，过量表达杭白菊（Chrysanthemum morifolium）CmWRKY10的转基因植株中ABA响应基 因（DREB1A、DREB2A、CuZnSOD、NCED3A和NCED3B）的表达水平明显上调；此外，ABA积累增强了ROS活性，使得过氧化物酶（peroxidase，POD）、超氧化物歧化酶（superoxidase dismutase，SOD）和过氧化氢酶（catalase，CAT）的活性增加［71］。说明CmWRKY10通过ABA信号通路调节杭白菊的抗旱能力。SlWRKY81通过调节保卫细胞H2O2介导的气孔关闭负向调控干旱胁迫响应［72］。9-顺式类胡萝卜素双加氧酶（9-cis-type carotenoid dioxygenases，NCED）是干旱胁迫下合成ABA的关键酶，NCED的过量表达可以增强ABA的积累，从而提高植物的抗旱能力。Liu等［73］利用酵母单杂交（yeast onehybrid，Y1H）、EMSA实验和瞬时表达分析等方法，证实杜梨（Pyrus betulaefolia）PbrWRKY53能够结合PbrNCED1启动子区W-box元件，在干旱胁迫响应过程中发挥正调控作用。这些结果表明，WRKYs在植物应答干旱胁迫中起着重要作用。

3.1.2 对盐碱胁迫的响应 土壤盐碱化是世界范围内主要的非生物胁迫之一，而农业用地的持续盐碱化威胁着作物的产量，且在灌溉区尤为突出［74］。正常条件下，转GmWRKY49的拟南芥与野生型植株相比生长状况无明显差异；但在高盐（200 mmol/L NaCl）胁迫下，转基因植株的成活率、莲座直径、EL和Pro含量均高于野生型［75］。地被菊（Dendranthema grandiflorum）DgWRKY4通过提高光合能力，促进ROS清除系统的运转，维持膜的稳定性，增强渗透调节，上调盐胁迫相关基因（DgDREB1A、DgDREB2A、DgCSD1和DgCSD2）的转录水平来提高植物的耐盐性［76］。然而，CmWRKY17作为一个转录抑制因子，使得杭白菊对盐胁迫更为敏感［77］。在高盐条件下，过量表达葡萄（Vitis vinifera）VvWRKY30的转基因拟南芥植株的抗氧化酶活性增强，ROS含量下降，说明VvWRKY30通过调节ROS清除系统来提高葡萄的耐盐性［78］。在NaCl处理下，GhWRKY34通过维持Na+/K+稳态平衡，激活细胞内盐胁迫响应基因（RD29A、ABF4、SOS1 和SOS2）等方式来适应高盐环境［79］。Lv等［80］采用 Y1H和瞬时共转染实验发现，苦荞（Fagopyrum tataricum）FtWRKY46可以特异性结合下游靶标基因启动子区域的W-box。盐胁迫后，外源表达FtWRKY46的转基因植株的种子发芽率、根长、叶绿素和Pro含量均显著高于野生型，而MDA含量则显著低于野生型。此外，盐胁迫相关蛋白（SOS1、SOS2、SOS3和NHX1）基因也被激活。在过量表达苹果（Malus domestica）MdWRKY30的转基因愈伤组织中，盐胁 迫 响 应 基 因（ABI1、ABF3、RD22、RD29A、DREB1A、CAT1、SOD1和 VHP1）的转录水平显著升高，其中ABI、ABF和RD29A被认为是非生物胁迫下ABA信号转导的关键调控因子［81］。说明MdWRKY30可能通过ABA依赖的方式响应盐胁迫。这些结果表明，WRKYs通过调控下游盐胁迫响应基因来增强植物的耐盐性。

3.1.3 对高温胁迫的响应 高温对农作物生长和产量有抑制作用，WRKY转录因子可提高农作物对高温的耐受性。在高温40℃/33℃（昼/夜）环境下，AtWRKY30过量表达小麦后，转基因植株的相对含水量、叶绿素、Pro、可溶性蛋白和可溶性糖含量以及抗氧化酶（CAT、SOD、POX和APX）活性均显著高于野生型，而MDA含量和H2O2水平明显低于野生型。此外，转基因植株中胁迫应答基因（ERF5a、DREB1、DREB3、WRKY19、TIP2和AQP7）的转录水平显著上调［82］。TaWRKY33过量表达拟南芥后，转基因植株的种子发芽率和根系生长量均高于野生型；特别值得一提的是，转基因株系在高温处理后的存活率超过50%，而野生型的存活率不到30%，且与胁迫相关基因（ABA1、ABA2、ABI1、ABI5和RD29A）在转基因植株中被激活［83］。Li等［84］以AtWRKY25过量表达植株和缺失突变体植株为材料，探究了AtWRKY25在高温胁迫响应中的作用。结果表明，过量表达AtWRKY25的植株表现出较强的耐热性，且与热胁迫相关基因（HsfA2、HsfB1、HsfB2a和Hsp101）的表达量显著上调；而缺失突变体在不同生长阶段对高温表现出敏感性。Li等［85］研究发现，与野生型相比，AtWRKY25/AtWRKY26和AtWRKY25/AtWRKY33双重突变体及AtWRKY25/AtWRKY26/AtWRKY33三重突变体植株对热胁迫的敏感性明显增强；相反，AtWRKY25、AtWRKY26和AtWRKY33过量表达植株耐热能力显著提高。进一步研究发现，AtWRKY25、AtWRKY26和AtWRKY33调控热诱导的乙烯依赖反应过程，并在这3个基因中表现出正向交叉调控作用。由此说明，AtWRKYs正向调节热应激反应的乙烯激活途径，并在植物的耐热性中发挥协同调控作用。这些结果表明，WRKYs在植物应答高温胁迫中起着重要作用。

3.1.4 对低温胁迫的响应 低温被认为是限制作物产量主要的非生物胁迫之一。Li等［21］在毛竹（Phyllostachys edulis）中发现了121个PheWRKYs 成员，并对81个PheWRKYs在低温胁迫下的转录水平进行实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR，qRT-PCR）分析发现，有28个基因受到低温胁迫的上调或下调。在红梅（Prunus mume）PmWRKYs成员中，受到冷胁迫上调和下调2倍以上的基因数分别为6个和11个［33］。OsWRKY71过量表达水稻后，转基因植株在低温胁迫（4℃以上）下的存活率、光合速率和干鲜重都明显高于野生型植株［86］。Wang等［65］研究表明，在低温胁迫下，VbWRKY32过量表达转基因植株的Pro和可溶性糖含量及抗氧化酶活性显著提高，而EL、MDA、H2O2、O2-积累量明显降低；此外，转基因植株中低温响应基因（VbSOD、VbPOD、VbCAT、VbAPX6、VbAMY3、VbBAM1 和VbP5CS）的转录水平均上调。Yokotani等［87］利用离子渗漏实验发现，在低温（4℃）条件下，过量表达OsWRKY76的转基因水稻叶片中的离子渗漏明显低于野生型。说明OsWRKY76可通过保护细胞膜免受损伤而赋予水稻耐寒性。茄子（Solanum melongena）SmWRKY26和SmWRKY32可以正向调控冷胁迫响应［51］。

3.1.5 对营养缺失的响应 植物在生长发育过程中需要各种营养元素，包括大量元素和微量元素。而营养亏缺会诱发植物叶片褪绿和生长缺陷。迄今为止，已报道的与营养元素胁迫相关的WRKY转录因子甚少，且以磷（phosphorus，P）、氮（nitrogen，N）、铁（ferrum，Fe）和锌（zinc，Zn）为主。P是植物生长发育必需营养元素之一，在植物生命周期中扮演着多重功能，它还是关键分子（如ATP、核酸和磷脂）的组成成分［88］。在P亏缺条件下，过量表达海岛棉（Gossypium barbadense）GbWRKY1的转基因拟南芥植株 Pi饥饿症状减弱［89］。Dai等［90］研究表明，过量表达OsWRKY74显著增强了转基因植株对Pi饥饿的耐受性；此外，还发现OsWRKY74过量表达植株对Fe、N等营养物质亏缺胁迫有着不同的反应，与Pi胁迫类似，Fe胁迫显著增强了OsWRKY74的表达，而N胁迫抑制了OsWRKY74的表达。在缺P条件下，AtWRKY45过量表达株系中磷酸转运蛋白（phosphate transporter1；1，PHT1；1）表达增强；而AtWRKY45-RNAi株系中PHT1；1的表达被轻微抑制［91］。由此说明，AtWRKY45通过上调PHT1；1的表达而增强拟南芥对P亏缺的耐受性。此外，AtWRKY25和AtWRKY33的异源表达对Zn转运蛋白ZIP3和ZIP4的转录水平没有显著性影响，但却抑制了植物在Zn亏缺条件下的生长缺陷［92］。上述结果说明，WRKYs在植物响应营养元素亏缺方面扮演着重要角色。

3.1.6 对其他非生物逆境胁迫的响应 植物除了受干旱、盐碱、高温、低温和营养缺失胁迫外，还受到其他非生物胁迫，如离子胁迫、激素胁迫和损伤胁迫等。高浓度NH4+对植物组织有毒害作用，可导致多种反应。Gao等［93］研究表明，在NH4+毒害下，AtWRKY23突变体中的铵转运蛋白（ammonium transporters 1；2，AMT1；2）被诱导，致使NH4+在根中大量积累，最终出现主根生长缓慢、侧根数量减少和叶片萎黄等现象。铝（aluminum，Al）是地壳中含量最丰富的金属之一，当pH值低于5时，Al3+会抑制作物根系的伸长、水分和养分的吸收。Chun等［94］研究表明，AtWRKY47的缺失突变可显著降低植株对Al3+耐受性，而过量表达则可增强植株的耐铝性。OsWRKY22通过与柠檬酸转运蛋白的W-box结合，促进Al3+诱导柠檬酸分泌，从而提高水稻对Al3+胁迫的耐受性［95］。番茄SlWRKY42直接与Al3+耐受基因SlALMT9启动子区域的W-box结合，改变SlALMT9的表达水平，负向调控Al3+胁迫响应［96］。AtWRKY13过量表达使转基因植株体内镉（cadmium，Cd）积累量减少，从而增强对Cd的耐受性；而AtWRKY13缺失突变使Cd积累量增加和敏感性增强［97］。在黄麻（Corchorus capsularis）中，21个CcWRKYs对GA胁迫有响应。通过顺式作用元件（cis-acting element）分析表明，这些CcWRKYs启动子中有GARE-motif、P-box和TATC-box等与GA反应相关的顺式作用元件，可以提高黄麻的株高等性状。由此说明CcWRKYs参与GA胁迫下韧皮纤维损伤的发育［46］。Kang等［98］研究表明，过量表达HbWRKY83能显著提高损伤反应基因HbEIN3s和ROS清除系统相关基因的表达水平，对橡胶生产起到正向调控作用。

3.2 WRKY转录因子在植物响应生物逆境胁迫中的作用

生物逆境胁迫包括病原菌的侵染和植食性昆虫的取食，为了应对这些胁迫，植物进化出了包括信号感知和转导、基因表达调控和生理生化反应在内的响应机制，其中WRKY转录因子的表达在获得性抗性中发挥了重要作用。

3.2.1 对病原菌胁迫的响应 WRKY已被证实在植物应答病原菌中发挥重要作用。一些WRKY在植物对病原菌胁迫的防御中起正向调控作用。在菊花中，CmWRKY15的过量表达可增强转基因植株对柄锈菌（Puccinia horiana）的耐受性，且内源SA含量也增加；相反，CmWRKY15-RNAi植株增加了对柄锈菌的敏感性，内源SA含量降低［99］。说明CmWRKY15通过影响SA信号途径在菊花对柄锈菌的抗性中发挥正向调控作用。过量表达MdWRKY100能增强转基因苹果植株对炭疽病菌（Colletotrichum）的抗性，而RNAi植株对炭疽病菌更敏感［100］。过量表达CaWRKY27的转基因辣椒（Capsicum annuum）对青枯病（Ralstonia solanacearum）的抗性增强；相反，病毒诱导的CaWRKY27基因沉默（virus-induced gene silencing，VIGS）增强了辣椒对青枯病的敏感性［101］。由此可见，CaWRKY27在辣椒对青枯病感染的抗性应答中起正向调节作用。Wang 等［102］研究发现，芍药（Paeonia lactiflora）PlWRKY65对细链孢霉（Alternaria tenuissima）感染具有正向调控作用。当细链孢霉感染时，该基因表达水平上调；而PlWRKY65-VIGS植株比野生型植株对细链孢霉感染更为敏感，表现出更严重的感染症状。与空载体转基因植株相比，沉默GmWRKY40的大豆毛状根对大豆疫霉菌（Phytophthora sojae）感染的敏感性增强［103］。Liu 等［28］研究发现，月季（Rosa chinensis）RcWRKY41在灰霉病（Botrytis cinerea）侵染的早期到晚期其表达均呈上升趋势，而RcWRKY41沉默植株对灰霉病的抗性降低。

另外，也有些WRKY 转录因子在植物对病原菌胁迫的防御中起负向调控作用。TaWRKY3是抗病抑制因子，SnRK1通过磷酸化和破坏TaWRKY3阻遏子的稳定性提高小麦对白粉病（Blumeria graminis）的免疫力［104］。过量表达OsWRKY76使得转基因水稻对稻瘟病（Magnaporthe oryzae）的敏感性增强［87］。Zheng 等［105］研 究 表 明，AtWRKY25 在 SA介导的紫丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）防御反应中发挥负调控作用。过量表达AtWRKY25的转基因植株对紫丁香病菌的敏感性增强，病原菌感染后，AtWRKY25两个独立的T-DNA插入突变体植株表现出较轻的病症。相类似的是，AtWRKY38或AtWRKY62的过量表达降低了拟南芥对紫丁香假单胞菌的抗性，而突变体对紫丁香假单胞菌的抗性增强［106］。可见AtWRKYs在拟南芥对紫丁香假单胞菌的抗性起负向调控作用。这些结果表明，WRKYs通过正向调控和负向调控方式参与植物对病原菌胁迫的防御。

3.2.2 对植食性昆虫胁迫的响应 大多数WRKY转录因子在逆境环境或病原菌感染等相关刺激下被转录诱导，而在虫害胁迫下诱导表达的WRKY 转录因子报道较少。植物寄生线虫（nematodes）可以通过影响寄主基因的表达来建立取食位点，最终会影响植物的生长和发育［107］。拟南芥被根结线虫（Meloidogyne）和胞囊线虫（Heterodera）感染后，AtWRKY23的表达迅速上调；而AtWRKY23基因敲除植株对胞囊线虫的敏感性下降［108］。此外，还发现AtWRKY23的表达是由植物生长素诱导的。表明生长素诱导基因AtWRKY23参与植物和寄生线虫的相互作用。Skibbe等［109］研究发现，NaWRKY3和NaWRKY6在烟草（Nicotiana attenuata）对食草动物的抗性中起着至关重要的作用，NaWRKY3和NaWRKY6-VIGS植株在温室和自然界中更容易受到食草动物的伤害。Atamian等［110］发现SlWRKY70-VIGS会增强番茄对蚜虫（Macrosiphum euphorbiae）的抗性，说明SlWRKY70在番茄对蚜虫的抗性中起负向调控作用。相反，AtWRKY22通过抑制SA信号通路增强拟南芥对蚜虫的敏感性［111］。胰蛋白酶抑制剂（kunitz trypsin inhibitor，KTIs）被认为是对抗昆虫、食草动物和病原体的天然防御蛋白。沉默NaKTI2使烟草上的斜纹夜蛾（Spodoptera litura）幼虫具有更高的存活率。EMSA实验表明，NaWRKY3和NaWRKY6在体外可以直接与NaKTI2的启动子区结合，说明NaWRKYs可直接激活NaKTI2的转录，从而提高烟草的抗虫性［112］。

3.3 WRKY转录因子在植物生长发育中的调控作用

WRKY转录因子除响应生物和非生物胁迫外，还参与了植物的生长、发育、衰老和碳水化合物及次生代谢产物的合成［113］。OsWRKY29敲除和RNAi株系都增强了种子休眠，而过量表达株系的种子休眠减弱。ABA处理后，OsWRKY29敲除和RNAi株系比其过量表达株系表现出更强的敏感性［114］。由此说明，OsWRKY29作为ABA信号抑制因子来参与调控种子休眠。人参（Panax ginseng）PgWRKY6沉默显著阻碍了胚性愈伤组织的诱导率，表明PgWRKY6可能促进胚性愈伤组织的发育［115］。腊梅（Chimonanthus praecox）CpWRKY71参与了调控植株开花和叶片衰老过程［116］。Hu等［117］通过EMSA和ChIP-qPCR实验发现 MdWRKY72通过结合MdHY5启动子区的W-box元件间接或直接促进MdMYB1的表达，从而增强花青素合成能力。Qu等［118］通过Y1H和EMSA分析发现，HbWRKY27正向调控天然橡胶关键生物合成基因HbFPS1的表达。板蓝根（Isatis indigotica）Ii4CL3被证实是木脂素生物合成的核心基因；通过EMSA和双荧光素酶（Dual-luciferase，Dual-LUC）实验表明，IiWRKY34通过结合启动子而激活Ii4CL3的转录［119］。HbSRPP是一种含量丰富的橡胶颗粒相关蛋白，是橡胶树合成天然橡胶的辅助因子。HbWRKY14可以与HbSRPP的启动子结合，并表现出抑制HbSRPP启动子的能力［66］。说明HbWRKY14是橡胶合成的负调控因子。Hao等［120］通过EMSA、Y1H和Dual-LUC等实验发现，短小蛇根草（Ophiorrhiza pumila）OpWRKY2直接结合并激活喜树碱核心通路基因OpTDC，作为喜树碱生物合成的正向调节因子。二苯乙烯类是重要的植物抗毒素，通过酵母双杂交（yeast two-hybrid，Y2H）和双分子荧光互补（bimolecular fluorescence complementation，BiFC）实验表明，VqWRKY53通过调节VqMYB14和VqMYB15互作来增强二苯乙烯合成［121］。VviGT14是与酵母型葡萄浆果中糖基化单萜类物质积累相关的关键基因，VviWRKY40作为转录抑制因子参与VviGT14的转录调控［122］。EMSA实验表明，PgWRKY4X与角鲨烯环氧化酶（squalene epoxidase，SE）启动子的W-box结合，而PgSE可以上调人参皂苷生物合成基因［123］。说明PgWRKY4X可正向调控人参皂苷的生物合成。荷花（Nelumbo nucifera）NnWRKY40a和NnWRKY40b促进苄基异喹啉类生物碱（benzylisoquinoline alkaloid，BIA）的合成［29］。说明WRKYs除响应胁迫环境外，还在植物生长发育，以及物质代谢方面发挥着重要作用。

4 展望

WRKY转录因子主要存在于高等植物中，且在植物响应生物胁迫和非生物胁迫以及生长发育中发挥着重要作用。然而，关于对WRKYs的功能和调控机理我们认识还很有限，诸如WRKYs在不同抗逆性作物品种中的表达模式是否存在差异；其通过调控哪些下游靶标基因来维持作物体内离子稳态平衡及对抗逆性有何影响等问题，尚需深入研究。另外，WRKYs自调节模式以及涉及信号通路间的串扰和相互协调机制也有待于进一步探究。随着基因工程技术（过量表达、RNAi、miRNA和基因编辑等）的发展，WRKY 转录因子响应逆境胁迫的信号转导通路和作用机制将被阐明，可为农作物的抗逆性遗传改良提供理论支持与优异基因资源。