OsWRKY47-OsMYB30/OsWRKY39模块通过协调物理和化学防御增强水稻稻瘟病抗性

《Plant Communications》：The OsWRKY47-OsMYB30/OsWRKY39 module confers both physical and chemical defenses against Magnaporthe oryzae to enhance rice blast resistance

本研究针对水稻如何协调多重防御机制抵抗稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)入侵与扩展这一关键问题，揭示了OsWRKY47转录因子通过时序性调控OsMYB30和OsWRKY39表达，分别激活木质素沉积的物理防御和史蒂维亚苷触发的化学免疫，形成双阶段抗病新机制。该发现为作物广谱抗病育种提供了重要靶点和理论依据。

　　

水稻作为全球主要粮食作物，其生产安全一直受到稻瘟病的严重威胁。由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的这种毁灭性病害，每年导致水稻产量大幅损失，堪称水稻的"癌症"。稻瘟病菌的侵染过程颇具策略性：首先通过附着孢产生巨大膨压穿透植物表皮细胞壁，完成初期入侵；随后在植物组织内扩展蔓延，最终形成典型病斑。面对这一多阶段侵染过程，植物进化出了相应的防御机制——早期通过强化细胞壁等物理屏障阻止病原菌入侵，后期则激活化学防御物质抑制病原菌扩展。然而，科学家们一直困惑的是：是否存在一个"总指挥"基因，能够协调这两道防线的有序激活？这种协同防御机制背后的分子调控网络又是怎样的？

针对这一科学难题，四川农业大学陈学伟教授和李伟滔教授团队在《Plant Communications》上发表了最新研究成果。研究人员独辟蹊径，从转录因子的时序表达特征入手，发现OsWRKY47在稻瘟病菌侵染早期和后期均出现显著诱导表达。这一独特表达模式提示，该基因可能在水稻抗病过程中扮演着双重角色。

为验证这一假设，研究团队运用了多种关键技术方法：通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建突变体材料，利用DNA亲和纯化测序(DAP-seq)筛选靶基因，采用染色质免疫共沉淀(ChIP-qPCR)和电泳迁移率实验(EMSA)验证转录因子与靶基因启动子的直接结合，通过双荧光素酶报告系统(Dual-LUC)分析转录调控活性，结合高效液相色谱(HPLC)技术测定代谢物含量，并借助激光共聚焦显微镜进行病原菌侵染过程动态观察。

OsWRKY47正向调控稻瘟病抗性

研究人员首先通过表达模式分析发现，OsWRKY47在稻瘟病菌侵染后出现两个表达高峰：一个在24小时前（入侵期），另一个在24小时后（扩展期）。通过构建过表达和基因敲除材料，他们发现OsWRKY47过表达株系对稻瘟病的抗性显著增强，病斑减小，病菌生物量降低；而敲除株系则表现为感病性增强。显微观察进一步证实，OsWRKY47过表达能够延缓病菌附着孢形成和侵染菌丝扩展，同时抑制病菌向邻近细胞的扩散。

OsWRKY47激活OsMYB30表达增强对稻瘟病菌早期入侵的抗性

通过DAP-seq筛选和酵母单杂交验证，研究人员发现OsWRKY47能够直接结合OsMYB30启动子区的TTGAC motif，激活其转录表达。实验表明，OsWRKY47通过其C端附近的7个氨基酸区域(282-288)发挥转录激活功能。OsMYB30是已知的木质素合成正调控因子，能够通过激活4-香豆酸辅酶A连接酶基因(Os4CL3/Os4CL5)表达，促进木质素在厚壁细胞中的沉积，从而增强细胞壁强度，阻碍病菌穿透。这一通路构成了水稻抵抗稻瘟病菌入侵的第一道物理防线。

OsWRKY47抑制OsWRKY39表达抑制稻瘟病菌扩展

令人惊讶的是，研究人员发现OsWRKY47还具有转录抑制功能。通过类似的分子互作实验，他们证实OsWRKY47能够结合OsWRKY39启动子并抑制其表达，这一功能依赖于其C末端的31个氨基酸区域(303-333)。OsWRKY39被鉴定为稻瘟病抗性的负调控因子，其敲除株系表现出增强的抗病性。转录组分析显示，OsWRKY39敲除导致ent-贝壳杉烯通路相关基因上调，进而促进史蒂维亚苷(stevioside)的积累。

OsWRKY47过表达积累木质素和史蒂维亚苷增强植物抗性

代谢物检测发现，OsWRKY47过表达株系中木质素和史蒂维亚苷含量均显著升高。进一步实验表明，史蒂维亚苷并非直接抑制病菌生长，而是通过激活水稻免疫相关基因(如OsPR10、OsPBZ1和OsMAS)的表达，增强植物的化学防御能力。外源施加史蒂维亚苷能够显著提高水稻对稻瘟病的抗性，验证了其在抗病过程中的重要作用。

OsWRKY47蛋白内不同区域对其激活和抑制功能至关重要

通过结构域分析和功能验证，研究人员揭示了OsWRKY47蛋白的功能分区：C端附近的7个氨基酸负责转录激活功能（调控OsMYB30），而C末端的31个氨基酸则负责转录抑制功能（调控OsWRKY39）。AlphaFold3结构预测显示，这两个区域均形成随机卷曲结构，可能通过与其他蛋白互作介导转录调控。

研究结论与讨论部分指出，该研究首次揭示了一个由OsWRKY47-OsMYB30/OsWRKY39组成的调控模块，它通过时序性协调物理防御和化学防御两道防线，实现对稻瘟病菌的多层次抵抗。在侵染早期，OsWRKY47诱导OsMYB30表达，促进木质素沉积，强化物理屏障；在侵染后期，OsWRKY47抑制OsWRKY39表达，促进史蒂维亚苷积累，激活免疫反应。这种"先物理后化学"的防御策略，体现了植物在长期进化过程中形成的精巧抗病机制。

该研究的创新性在于发现单个转录因子能够通过不同的功能结构域，分别激活和抑制下游靶基因，实现对病原菌入侵和扩展两个阶段的协同防御。这不仅深化了对植物免疫调控网络的理解，也为水稻抗病育种提供了新的分子靶点和理论依据。考虑到WRKY、MYB等转录因子在植物中的保守性，类似的协同防御机制可能广泛存在于其他作物中，对作物抗病改良具有重要的指导意义。