近日，中国热科院生物所在甘蔗转录因子ScWRKY2调控黑穗病抗性方面取得重要进展。研究系统阐明了ScWRKY2在甘蔗响应黑穗病胁迫中的分子机制，为甘蔗抗病育种提供了理论依据和基因资源。

　　甘蔗是全球最重要的糖料作物，生物量巨大且能积累高浓度蔗糖，是世界和我国食糖的主要来源。然而，由黑穗病菌（Sporisorium scitamineum）引发的黑穗病，因其系统性侵染特性和宿根连作传播方式，已成为制约甘蔗产业可持续发展的首要病害。深入解析甘蔗抗黑穗病分子机制并挖掘关键抗性基因，是突破传统育种瓶颈、创制抗病种质、实现甘蔗生物育种的必由之路。WRKY转录因子在植物免疫信号网络中发挥重要调控作用，是抗病基因工程的重要靶标。迄今，虽然WRKY转录因子在多种作物的抗病功能已得到系统解析，但甘蔗WRKY成员在黑穗病抗性中的调控路径及分子互作网络仍不清晰，功能机制研究尚处起步阶段。因此，研究团队聚焦ScWRKY2转录因子，深入探究了其在甘蔗黑穗病抗性中的作用机制。

　　研究团队利用农杆菌介导法将ScWRKY2基因导入甘蔗品种ROC22，获得15株过表达转基因植株，通过病原接种试验发现，3个转基因高表达株系（#OE1~#OE3）的株高显著低于野生型（WT），且病原菌含量均显著高于WT，感染后转基因植株的SOD和POD活性也明显低于WT。研究显示ScWRKY2过表达降低了甘蔗对黑穗病的抗性（图1），证实该基因在抗病过程中起负调控作用。

图1 .过表达ScWRKY2增强了甘蔗对黑穗病菌的敏感性

　　研究还通过DAP-seq技术在全基因组范围筛选ScWRKY2下游靶基因，共鉴定到5347个重叠结合峰，其中12.92%位于启动子区域，富集的核心顺式元件为典型W-box（TTGACC/T）。这些靶基因主要参与细胞过程、代谢活动、植物-病原互作及光合作用等通路。通过RNA-seq和DAP-seq联合分析，获得59个共有基因，其中富亮氨酸重复类受体蛋白激酶基因（ScLRR-RLK）在#OE3中表达显著下调，且ScWRKY2能结合ScLRR-RLK启动子区的W-box元件并抑制其转录。同时，瞬时过表达ScLRR-RLK可增强植物抗病性，并上调活性氧（ROS）清除相关基因NbCAT1和NbGST1的表达，明确ScWRKY2可通过抑制ScLRR-RLK表达参与负向调控甘蔗的抗病反应（图2）。

图2. ScWRKY2抑制免疫基因ScLRR-RLK的表达

　　为识别ScWRKY2的互作蛋白，研究团队利用Y2H技术筛选甘蔗-黑穗病菌互作cDNA文库，获得88个阳性克隆，包括叶绿体相关蛋白ScPsbP。团队通过HDOCK分子对接分析预测ScWRKY2与ScPsbP具有较强的结合能力，并通过实验进一步验证了二者的相互作用。在烟草中共表达ScWRKY2与ScPsbP并接种病原菌后，植株病害症状加重，H₂O₂积累显著增强，ROS清除相关基因NbCAT1和NbGST1表达下调。结果表明，ScWRKY2可与ScPsbP形成复合物，共同参与ROS稳态调控，进而负向影响植物抗病能力（图3）。

图3. ScWRKY2通过与ScPsbP的互作调节ROS稳态

　　本研究系统阐明了ScWRKY2在甘蔗响应黑穗病胁迫中的分子机制（图4）,病菌侵染时，ScWRKY2结合免疫相关基因ScLRR-RLK启动子W-box元件并抑制其转录；同时，ScWRKY2与叶绿体蛋白ScPsbP发生互作，诱导ROS清除相关基因的表达，维持细胞内ROS稳态。该研究为甘蔗抗黑穗病生物育种奠定了重要的理论基础，并提供了关键基因资源。

图4.甘蔗ScWRKY2基因响应黑穗病侵染的功能作用模型

　　该研究成果以“ScWRKY2: a key regulator for smut resistance in sugarcane”为题发表于《Plant Biotechnology Journal》。中国热科院生物所王东姣助理研究员为该论文的第一作者。中国热科院甘蔗研究中心主任/热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所/三亚研究院阙友雄研究员、吴期滨副研究员和福建农林大学/农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室苏亚春副研究员为共同通讯作者。本研究得到了中国热带农业科学院国家热带农业科学中心科技创新团队、广西科技重大专项、热带作物生物育种全国重点实验室科研项目、中央引导地方科技发展专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中央级公益性科研院所基本科研业务费等项目的联合资助。

　　论文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70186