近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院柳李旺教授團隊在國際知名期刊《Molecular Horticulture》在線發(fā)表了題為RsWRKY40 coordinates the cold stress responseby integratingRsSPS1-mediated sucrose accumulation and the CBF-dependent pathway in radish (Raphanus sativus L.)的研究論文，揭示了蘿卜RsWRKY40通過調(diào)節(jié)蔗糖積累和CBF信號途徑響應(yīng)低溫脅迫的分子機制。

蘿卜是一種重要的根菜類蔬菜作物，其肉質(zhì)根營養(yǎng)豐富，在我國和全球廣泛栽培。蘿卜肉質(zhì)根形成過程中維管形成層細(xì)胞不斷分裂分化為次生韌皮部和次生木質(zhì)部。在冬春季節(jié)栽培常遭遇低溫冷害，限制其形成層細(xì)胞活動，使肉質(zhì)根不能膨大，導(dǎo)致產(chǎn)量下降，造成經(jīng)濟損失。因此鑒定和分析蘿卜低溫響應(yīng)關(guān)鍵基因，并解析其應(yīng)答低溫脅迫的分子機制，可為蘿卜耐冷性種質(zhì)創(chuàng)制和遺傳改良提供重要的基因資源和科學(xué)依據(jù)。

該研究通過全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定到RsSPS1是控制蔗糖合成的候選基因（圖1），基因功能分析表明RsSPS1可調(diào)控蘿卜蔗糖含量，同時其表達(dá)受到冷脅迫顯著誘導(dǎo)。過表達(dá)RsSPS1可提高蘿卜的耐冷性，RsSPS1抑制表達(dá)后蘿卜的冷敏感性增強，肉質(zhì)根形成層活性明顯下降，表明該基因在蘿卜響應(yīng)低溫脅迫時發(fā)揮正向調(diào)控作用。

圖1蘿卜可溶性糖含量的全基因組關(guān)聯(lián)分析

為了解析蘿卜響應(yīng)低溫的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，利用酵母單雜交分析篩選到RsSPS1基因上游調(diào)控因子RsWRKY40。RsWRKY40可結(jié)合RsSPS1啟動子進(jìn)而正向調(diào)控其表達(dá)；RsWRKY40定位于細(xì)胞核，其表達(dá)受到冷脅迫顯著誘導(dǎo)（圖2）。過表達(dá)RsWRKY40可以提高蔗糖磷酸合酶的活性和蔗糖含量，并增強蘿卜耐冷性，RsWRKY40沉默后降低了蘿卜植株耐冷性和肉質(zhì)根形成層活性；外施60 mM蔗糖可以降低蘿卜RsWRKY40沉默植株的冷敏感性，表明RsWRKY40可通過調(diào)節(jié)蔗糖含量來調(diào)控蘿卜的冷響應(yīng)過程（圖3）。

圖2受冷誘導(dǎo)的RsWRKY40定位于細(xì)胞核并轉(zhuǎn)錄激活RsSPS1的表達(dá)

進(jìn)一步的酵母單雜交和雙熒光素酶實驗發(fā)現(xiàn)RsWRKY40可以結(jié)合在RsCBF1/2的啟動子上并激活其表達(dá)，并且RsWRKY40會結(jié)合自身的啟動子激活其表達(dá)，形成一個正向的自我反饋調(diào)節(jié)通路（圖4）。

圖3 RsWRKY40通過調(diào)節(jié)蔗糖含量正向調(diào)控蘿卜的耐冷性

該研究解析了RsWRKY40參與應(yīng)答低溫脅迫的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，低溫快速誘導(dǎo)RsWRKY40表達(dá)后，RsWRKY40結(jié)合到RsSPS1和RsCBF1/2的啟動子上并激活其表達(dá)，協(xié)調(diào)蔗糖合成和CBF信號通路，進(jìn)而調(diào)控蘿卜耐冷性（圖4）。研究結(jié)果為解析蘿卜低溫脅迫響應(yīng)機制，以及耐冷性的分子育種提供了寶貴的基因資源和理論依據(jù)。

圖4 RsWRKY40通過RsSPS1介導(dǎo)的蔗糖積累和調(diào)節(jié)CBF信號途徑協(xié)調(diào)蘿卜低溫脅迫響應(yīng)

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用全國重點實驗室/園藝學(xué)院、生物育種鐘山實驗室博士研究生陳森為該論文的第一作者，柳李旺教授為通訊作者。徐良副教授和王燕副教授參與了本研究。該研究得到江蘇省重點研發(fā)計劃(現(xiàn)代農(nóng)業(yè)）重點項目、江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項目、國家自然科學(xué)基金、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項目、江蘇省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金以及江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目（PAPD）共同資助。

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