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菌核病是油菜中的第一大病害，由于油菜乃至整个十字花科物种中缺少菌核病抗源，导致菌核病成为了产业待攻克的难题之一。目前油菜抗菌核病的分子机理，特别是基因之间构成的调控网络仍十分缺乏。
近日，作物遗传改良全国重点实验室油菜团队傅廷栋院士团队在Plant Physiology发表了题为“Transcription factor WRKY28 curbs WRKY33-mediated resistance to Sclerotinia sclerotiorum in Brassica napus”的研究论文，报道了油菜中WRKY28通过与VQ12形成蛋白复合体，与磷酸化状态的WRKY33竞争性结合WRKY33的启动子，从而在菌核病感染后期扮演“防御刹车”的作用机制。
该研究首先通过BnaA03.WRKY28油菜转基因株系的表型考察，发现该转录因子是菌核病抗性的一个负调控因子。结合ChIP-seq和RNA-seq分析发现，差异表达基因簇中的WRKY33的多个拷贝被检测到ChIP-DNA富集峰。并利用ChIP-qPCR、Y1H、EMSA、Dual-luciferase等多种方法验证了WRKY28与WRKY33的启动子结合。在拟南芥中，WRKY33是多种逆境 （包括灰霉病、盐胁迫、淹水等） 响应的一个核心转录因子，有报道显示WRKY33也是油菜菌核病抗性的正调控因子；前人报道WRKY33也能与自身启动子结合。由此，WRKY28和WRKY33这两个转录因子均能结合到WRKY33的启动子且激活WRKY33的表达，它们应该具有相似的生物学功能；但WRKY28和WRKY33的转基因材料却表现出不同的菌核病抗性，BnWRKY33超表达植株比野生型更抗病，而BnaA03.WRKY28超表达植株比野生型植株更感病，这是一个看似矛盾的现象。深入研究发现，WRKY28和WRKY33这两个转录因子转录活性的差异是二者导致菌核病抗性不同的关键原因，并且WRKY33在菌核病抗性中存在被上游MKK5-MPK3模块磷酸化修饰而激活的过程。
此外，研究团队还发现WRKY28与VQ12能通过直接相互作用在细胞核中形成蛋白复合体，并且VQ12是与WRKY28的DNA结合结构域结合。油菜感染菌核病后，MKK5、MPK3、WRKY33先被诱导表达，WRKY28、VQ12后被诱导表达，WRKY28的高表达伴随着WRKY33的表达量急剧下降；而WRKY28和磷酸化的WRKY33均能结合到WRKY33的启动子，但是WRKY28由于与VQ12形成蛋白复合体，其DNA结合能力增强，使WRKY28–VQ12复合体优先于WRKY33与WRKY33启动子结合。由于BnaA03.WRKY28的转录活性低于BnWRKY33的转录活性，因此BnaA03.WRKY28优先结合BnWRKY33启动子后导致BnWRKY33的转录低于防御早期时的水平。BnWRKY33调控的抗病基因的表达量也会降低，这相当于抗病反应的“刹车”效应。最后，研究团队还初步证明了在叶腋处表达的BnaA03.WRKY28通过直接靶向BnaC03.BRC1的启动子，以及通过调控BnPIN1、BnAXR1等基因的表达控制叶腋处生长素浓度梯度，从而刺激腋生分生组织的起始和腋芽的发育，并促进其形成完整的分枝。
综上，本研究揭示了油菜中WRKY28和WRKY33两个转录因子精细调控菌核病抗性的作用机制，提出了WRKY28介导的“防御刹车”有助于植物体实现防御和生长之间的平衡，并增加植物体在逆境胁迫下生存、繁衍机会的分子模型。
华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室涂金星教授为论文通讯作者，张卡博士为论文第一作者，刘飞博士、王直新博士、卓宸剑博士生等为论文共同作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的经费支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiac439
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