WRKY基因家族的基因组范围比较分析为小麦属（Triticum）的进化及表达差异提供了新的见解

小麦WRKY转录因子家族全基因组比较分析，揭示多倍体基因组中同源基因保留与丢失规律，阐明串联重复基因复制对功能分化的驱动作用，并解析耐盐胁迫与自噬抑制下WRKY基因表达模式差异。

　　
小麦WRKY基因家族的进化与功能多样性研究

小麦作为全球重要的粮食作物，其基因组复杂性在植物学研究中具有重要地位。WRKY转录因子家族作为植物转录调控的核心元件，在胁迫响应、发育调控等关键生物学过程中发挥重要作用。本研究通过系统分析八种不同倍性小麦基因组中的WRKY基因家族，揭示了其在进化过程中的独特规律和功能分化特征。

1. 基因家族规模与分类特征
研究在八种小麦基因组中共鉴定出1912个WRKY基因，显著多于模式植物拟南芥（72个）和水稻（109个）。基因按保守结构分为三组：Group I含双WRKY域，Group II含单WRKY域与C2H2锌指结构，Group III含单WRKY域及不同锌指组合。其中Group II占比达52%-68%，成为最大功能亚群，其II-c亚群在部分近缘种中达到基因数量的峰值。

2. 倍性进化中的基因动态
通过比较不同倍性基因组发现，虽然理论基因剂量应为二倍体（AA）的2倍（四倍体AABB）和3倍（六倍体AABBDD），但实际观测的WRKY基因数量均显著低于理论值。特别是A亚基因组在四倍体（如Svevo）和六倍体（如Kariega）中均出现显著基因丢失，可能与基因组重构过程中的选择性压力有关。

3. 串联重复事件驱动基因扩张
串联重复是WRKY家族扩张的主要机制。研究发现，不同基因组中串联重复事件的强度存在显著差异：
- 拟南芥祖源T. urartu（G1812）基因组含有24个串联重复单元（20.34%）
- 四倍体小麦Svevo仅14个（8.24%）
- 六倍体中国春基因组达到66个（21.5%），包含首个四基因串联重复簇

特别值得注意的是，中国春基因组中串联重复的多样性达到新高度，其形成的28个重复单元中，包含3个三基因簇和1个四基因簇，这些结构可能通过相位分离机制实现功能独立。

4. 基因功能分化与表达模式
表达谱分析揭示，串联重复产生的同源基因在功能上呈现显著分化：
- 62个重复基因形成26个表达簇
- 根系特异性表达基因占重复基因的35%
- 盐胁迫诱导的基因表达强度差异达2-3个数量级
- 自噬抑制剂3-MA处理下，20%重复基因出现表达抑制
这种表达模式的多样性在两个三基因簇中尤为显著，其中某簇基因在盐胁迫下表达量波动幅度超过10倍，显示不同的胁迫响应机制。

5. 进化机制与遗传改良启示
研究揭示了WRKY基因家族进化的关键节点：
- 基因丢失主要发生在A亚基因组，可能与四倍体形成过程中的亚基因组失活有关
- 串联重复事件（尤其是＞3个基因的簇）与特定功能域的进化存在时空关联
- 基因表达异质性为设计人工基因簇提供了理论依据，例如通过激活特定重复簇中的抗逆基因实现定向改良

6. 跨物种比较研究
与拟南芥的对比显示，虽然核心调控网络相似，但小麦的WRKY家族在以下方面具有进化特异性：
- 基因密度（118/3.5×10^5 vs 72/1.3×10^5）
- 锌指结构组合多样性（C2H2/C2H）
- 应激响应的时序特异性（小麦WRKY在盐胁迫24小时后达到表达峰值）

7. 应用价值
研究结果为小麦遗传改良提供了新靶点：
- 筛选出的65个串联重复基因具有潜在功能冗余，可作为基因编辑的备份靶标
- 发现的23个盐胁迫特异性表达基因（如WbWRKY62）在抗逆育种中具有重要价值
- 基因组数据库的建立为精准设计小麦改良品种提供了分子基础

本研究首次系统解析了小麦WRKY基因家族的全谱特征，揭示了串联重复在驱动功能分化中的核心作用。这些发现不仅完善了C3植物转录调控网络的进化图谱，更为作物遗传改良提供了新的理论框架和实践路径。特别是在多倍体基因组中发现的基因剂量效应与功能分化的耦合关系，为理解植物基因组复杂性提供了重要模型。