雷公藤WRKY转录因子全基因组鉴定及参与雷公藤甲素生物合成的调控机制研究

本研究针对雷公藤甲素(triptolide)生物合成调控机制不明的科学问题，通过全基因组鉴定雷公藤WRKY(TwWRKY)转录因子家族，结合多组学分析筛选出32个潜在调控基因，发现TW23G00056.1通过响应茉莉酸甲酯(MeJA)诱导并定位于细胞核发挥调控作用。该研究为解析雷公藤甲素合成通路提供关键转录调控靶点，对提升这一高效抗炎抗肿瘤药物的产量具有重要价值。

　　

雷公藤作为传统中药，其活性成分雷公藤甲素(triptolide)具有比粗提物高100-200倍的抗炎免疫调节活性，在治疗类风湿关节炎和多种癌症中展现出惊人潜力。然而这种明星化合物在植物中含量极低（仅6-16 ng/g），且其生物合成调控机制犹如"黑箱"。尤其令人困惑的是，虽然已知茉莉酸甲酯(MeJA)能显著提升萜类化合物产量，但WRKY这类植物中最大的转录因子家族如何参与调控，至今仍是未解之谜。

来自杭州医学院、中国中医科学院等机构的研究团队在《BMC Genomics》发表突破性研究，首次完成雷公藤WRKY家族全基因组鉴定，并绘制出基因-代谢物调控网络。通过整合多组学分析和功能验证，不仅发现TW23G00056.1等关键调控因子，更揭示了II-c亚家族在雷公藤甲素合成中的核心地位，为通过基因工程提升产量奠定理论基础。

研究采用ITAK程序进行全基因组WRKY鉴定，通过最大似然法(ML)构建系统发育树，MEME分析蛋白保守基序，MCScanX解析基因复制事件。整合7种组织的转录组数据和UPLC/Q-TOF MS代谢组数据构建共表达网络，利用MeJA诱导实验筛选响应基因，最后通过拟南芥原生质体转化进行亚细胞定位验证。

主要研究结果
Identification of WRKY genes
从雷公藤基因组鉴定出95个TwWRKY基因，染色体分布分析显示18号染色体聚集最多（11个）。序列分析发现仅有TW04G00295.1发生"WRKYGQK"→"WRKYGKK"突变，表明该家族高度保守。

Phylogenetic analysis
基于95个TwWRKY和72个AtWRKY蛋白构建的进化树显示，58.9%成员属于II组（含IIa-IIe五个亚组），23个属I组，16个属III组。值得注意的是，与拟南芥AtWRKY18/40（调控MEP途径基因）亲缘最近的II-a亚组中，TW04G00076.1与雷公藤甲素呈显著负相关。

Motif composition analysis
保守基序分析揭示motif 1（WRKY结构域）和motif 2（锌指结构）普遍存在，而motif 8、17等呈现亚组特异性分布，与系统发育分组高度一致。

Collinearity analysis
共发现98对片段复制基因和5对串联重复基因。与毛果杨等5个物种的共线性分析显示，207对同源基因中82个TwWRKY与毛果杨同源，证实全基因组复制(WGD)是该家族扩张的主要驱动力。

Expression analysis
组织表达谱显示20个TwWRKY在根皮（雷公藤甲素主要富集部位）高表达。MeJA诱导实验筛选出11个上调基因（如TW23G00056.1）和13个下调基因，其中TW04G00076.1的表达抑制与雷公藤甲素积累呈负相关。

Correlation network analysis
构建的基因-代谢物调控网络锁定32个关键TwWRKY，其中II-c亚家族占比最高（8个）。TW23G00056.1与雷公藤甲素(r=0.811)及其前体triptophenolide(r=0.821)显著正相关。

Subcellular localization
pAN580-TW23G00056.1-GFP转化实验证实该蛋白定位于细胞核，符合转录因子的功能特征。

这项研究不仅首次绘制雷公藤WRKY家族全景图谱，更通过"基因组-转录组-代谢组"三维解析，发现TW23G00056.1等关键调控因子。特别值得注意的是，II-c亚家族在调控网络中的突出地位，以及TW04G00076.1的负调控作用，为理解雷公藤甲素合成的"分子开关"提供新视角。研究者建立的基因-代谢物关联模型，突破了传统单一组学分析的局限，为其他药用植物次生代谢研究提供范式。这些发现对通过合成生物学手段提升雷公藤甲素产量，满足临床用药需求具有重要战略意义。