园艺院丨侯喜林教授和刘同坤教授课题组揭示不结球白菜根系发育新机制

近日，pg电子娱乐平台下载侯喜林教授和刘同坤教授团队在Horticulture Research在线发表了题为BcWRKY25-BcWRKY33A-BcLRP1/BcCOW1 module promotes root development for improved salt tolerance in Bok Choy的研究论文，揭示了BcWRKY33A通过调控BcLRP1和BcCOW1的表达，促进不结球白菜主根伸长和根毛形成的作用机制，提出了BcWRKY25作为盐胁迫响应因子，直接调控BcWRKY33A在盐胁迫条件下表达的工作模式。

根是植物的地下部分，主要负责稳定和支撑植物地上部分的发育，储存和运输水分和养分，并与土壤中的生物相互作用，保证植物的生存和健康。课题组前期研究表明，在盐胁迫下，不结球白菜根系中BcWRKY33A表达显著上调，异源表达BcWRKY33A有助于提高拟南芥的耐盐性和促进根系发育。然而，BcWRKY33A如何调控根系发育的详细分子机制尚不明确。

该研究通过发根农杆菌介导的转基因体系获得转基因株系，发现相比于35S:GFP植株，35S:BcWRKY33A-GFP根系中的侧根原基发育速度更快，根尖分生组织区域细胞更大，根毛的密度更高；通过病毒诱导基因沉默（VIGS）技术获得BcWRKY33A的沉默株系，与pTRV2根系相比，pTY-BcWRKY33A根系较短，侧根较少，根毛表现出明显的生长抑制，表现出卷曲或分叉的表型等。

图1 BcWRKY33A过表达促进不结球白菜根系伸长和根毛形成

通过DNA亲和纯化测序（DAP-seq）技术对BcWRKY33A下游结合基因进行预测，并通过酵母单杂点对点验证、双荧光素酶、EMSA等实验证明了BcWRKY33A可以直接结合BcLRP1和BcCOW1的启动子，从而调控其表达。进一步分析了BcLRP1和BcCOW1的表达模式和生物学功能，与35S:GFP根系相比，35S:BcLRP1-GFP根系的主根明显更长，侧根明显更短，侧根发育相关基因BcIAA18、BcIAA28、BcARF7和BcARF19的表达受到抑制，表明BcLRP1在白菜根中的过表达可以增加主根长度，同时抑制侧根的形成。同时，与35S:GFP根系相比，35S:BcCOW1-GFP根系的根毛丰度更高，根毛发育相关基因BcSCN1、BcTIP1、BcGTL1的表达显著上调，表明BcCOW1在白菜根中的过表达可以促进根毛发育。

除此之外，探究了BcWRKY33A上游潜在的调控因子。研究以BcWRKY33A启动子为诱饵进行了酵母单杂文库筛选，发现3个蛋白（BraC03g016460.1、BraC03g045330.1和BraC03g041750.1）参与盐胁迫响应。利用酵母单杂点对点和双荧光素酶试验证实了BraC03g045330.1（BcWRKY25）结合BcWRKY33A启动子，且BcWRKY25的表达受到盐胁迫诱导，随处理时间延长，表达量显著上调，提示其在盐胁迫响应途径中的重要作用。

综上，这些结果有助于阐明BcWRKY25-BcWRKY33A-BcLRP1/BcCOW1模块在调控根系发育方面的作用机制，增进对植物耐盐机制的理解，为提高不结球白菜的耐盐性提出潜在的策略。

图2 BcWRKY33A介导的不结球白菜根系发育的工作模型

pg电子娱乐平台下载毕业博士生王惠玉（现就职于北京农学院）为本文的第一作者，pg电子娱乐平台下载园艺学院白菜系统生物学实验室侯喜林教授和刘同坤教授为该论文的通讯作者。美国北卡罗来纳州立大学刘武生教授、pg电子娱乐平台下载园艺学院李英教授、肖栋博士和郑禹杉、王美云等研究生也参与了本项工作。该研究受到国家自然科学基金（32372698, 32072575）、国家大宗蔬菜产业技术体系（CARS-23-A16）、江苏省研究生科研与实践创新项目(KYCX22_0752)、美国农业部国家粮食与农业研究所(NIFA) Hatch project等项目资助。