近日，New Phytologist在線發(fā)表了浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術學院周杰課題組題為“A single nucleotide polymorphism in WRKY33 promoter is associated with the cold sensitivity in cultivated tomato”的研究論文。文章報道了栽培番茄轉錄因子WRKY33啟動子中關鍵W-box發(fā)生核苷酸變異，導致低溫脅迫下WRKY33無法實現(xiàn)自轉錄調控和蛋白積累，從而無法激活下游冷相關信號通路，一定程度上導致栽培番茄的冷敏感性。該研究揭示了轉錄因子WRKY33參與調控番茄耐冷性的分子機制并闡明了順式調控元件的核苷酸多態(tài)性與作物進化過程中抗逆性差異息息相關。

除了基因功能影響作物抗性外，基因表達也是作物性狀形成的基本分子機制。近年來，隨著各種植物基因組測序的開展，越來越多的全基因組關聯(lián)研究 (GWAS) 表明，非編碼區(qū)順式調控區(qū)域變異引起的基因表達變化也是導致作物進化和馴化過程中抗逆性差異的重要原因。順式調控區(qū)域的自然變異通常通過改變基因表達影響作物表型。然而，啟動子變異如何影響基因表達以及作物抗逆性的機制仍然知之甚少。因此，本研究以課題組近年來對野生多毛番茄的重測序及轉錄組測序等研究工作為基礎，進一步解析了基因順式調控區(qū)的核苷酸多態(tài)性對栽培和野生番茄植株的不同冷敏感性的影響等重要問題。

本研究通過對栽培番茄及其野生近緣種的RNA-Seq數(shù)據(jù)分析和RT-qPCR驗證，揭示了WRKY33在冷敏感的栽培番茄(Solanum lycopersicum L. cv Ailsa Craig, AC)中低溫下表達幾乎沒有變化，而在耐寒的野生多毛番茄(Solanum habrochaites LA1777)和潘那利番茄(Solanum pennellii LA0716)中被低溫顯著誘導表達。過表達SlWRKY33或ShWRKY33均可增強栽培番茄的抗冷性。進一步通過轉錄調控實驗及構建6種不同啟動子和基因組合的轉基因番茄植株發(fā)現(xiàn)，栽培番茄SlWRKY33啟動子中關鍵W-box發(fā)生單核苷酸變異導致低溫脅迫下其自我轉錄調控功能喪失。此外，研究人員對272栽培番茄及其野生近緣種進行了該關鍵W-box的核苷酸多態(tài)性分析。他們發(fā)現(xiàn)，所有的栽培番茄、櫻桃番茄和醋栗番茄都存在這一關鍵W-box的核苷酸序列變異，而包括多毛番茄、潘那利番茄和智利番茄在內的野生近緣種保留了該關鍵的W-box。因此，推測該關鍵W-box的核苷酸變異發(fā)生在醋栗番茄的進化過程中，并在櫻桃番茄和栽培番茄中保留。

結合RNA-seq和ChIP-seq數(shù)據(jù)分析表明，SlWRKY33直接靶向并誘導多種激酶、轉錄因子和分子伴侶基因，如CDPK11、MYBS3和BAG6，從而增強番茄植株抗冷性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)熱脅迫和灰霉菌侵染誘導栽培番茄WRKY33的表達與該W-box變異無關。

綜上所述，該研究為闡明轉錄因子WRKY33參與調控番茄耐冷性的分子機制和耐冷番茄的改良提供了的理論依據(jù)和新的基因位點資源。同時，該研究闡明了基因順式調控區(qū)域的核苷酸多態(tài)性是作物進化過程中基因轉錄差異的重要原因，為解析轉錄修飾與表型多樣性之間的復雜關系提供了基礎。

浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術學院碩士研究生郭明月為本文第一作者，周杰教授為通訊作者，論文撰寫和修改過程中得到喻景權院士、盧鋼教授和塞浦路斯理工大學Vasileios Fotopoulos教授的幫助和支持。研究受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目的資助。