茶樹是一種喜溫畏寒的經(jīng)濟作物。低溫是影響茶樹能否安全越冬及種植北移的關鍵因素。近年來，雖然茶樹抗寒生理生化和基因發(fā)掘的研究已取得長足發(fā)展，但關于茶樹抗寒調(diào)控機理的研究尚處起步階段。WRKY轉錄因子作為植物基因表達調(diào)控的重要轉錄因子，已被證實在植物逆境轉錄調(diào)控和應激反應中發(fā)揮重要作用，然而其在調(diào)控茶樹低溫脅迫中的作用仍不清楚。
2022年9月6日，Beverage Plant Research 在線發(fā)表了安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室夏恩華教授團隊題為Characterization of CsWRKY29 and CsWRKY37 transcription factors and their functional roles in cold tolerance of tea plant 的研究論文。
研究首先通過比較基因組學和生物信息學分析，全面鑒定了茶樹基因組中86個WRKY轉錄因子編碼基因，并通過系統(tǒng)進化和結構域模式分析表明，茶樹WRKY轉錄因子可以分為3個大類群(I-III)和5個亞類群(II-a, II-b, II-c, II-d, II-e)。進一步通過對不同低溫時間處理樣品的CsWRKY開展差異表達分析，篩選并克隆出了2個與茶樹低溫脅迫響應密切相關的候選基因 CsWRKY29 和CsWRKY37 。通過反義寡聚核苷酸對CsWRKY29/37 進行基因表達抑制實驗，結果表明低溫處理下基因表達抑制植株比對照組植株的葉片受損更嚴重，其Fv/Fm的比值下降，丙二醛的含量上升(圖1);而過表達CsWRKY29 和CsWRKY37 基因的轉基因擬南芥在低溫下存活率更高，丙二醛含量明顯降低，轉基因植株的耐寒性增強。本研究發(fā)掘并驗證了茶樹CsWRKY29和CsWRKY37轉錄因子在提高茶樹抗寒性中的作用，為推動以增強茶樹抗寒為目標的遺傳改良進程、促進茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了靶基因。
圖1. 利用反義寡聚核苷酸對CsWRKY29/37 進行基因表達抑制實驗Figure 1. Antisense oligodeoxynucleotides- based gene silencing of CsWRKY29 and CsWRKY37 in tender leaves of tea plants
圖2. 過表達CsWRKY29 and CsWRKY37 對擬南芥的低溫耐受性的影響Figure 2. Overexpression of the CsWRKY29 and CsWRKY37 in Arabidopsis plants
安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室夏恩華教授為本文通訊作者，碩士研究生趙慧娟為第一作者。研究得到了國家自然科學基金項目(32172626)和安徽省自然科學基金項目(2208085MC72、1908085MC75)等的支持。
作者團隊介紹
夏恩華教授研究團隊主要從事茶樹重要品質(zhì)和農(nóng)藝性狀的遺傳機理解析、茶樹及其野生近緣物種的比較基因組學和進化生物學、茶樹應答低溫/病蟲害的分子機理及茶樹全基因組分子設計育種體系構建和種質(zhì)創(chuàng)新等相關研究。
會、中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所與Maximum Academic Press聯(lián)合出版的開放獲取的期刊，致力于傳播飲料作物領域研究進展，專注于發(fā)表本領域原創(chuàng)研究文章、綜述、評論和觀點。主題范圍包括但不限于飲料植物生物學、飲料質(zhì)量及化學分析等。期刊主編由中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所陳宗懋院士與美國星巴克集團Brian Schaneberg博士共同擔任。
來源：中國茶葉學會
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