番茄SlWRKY75通过地上-地下组织差异调控增强干旱耐受性的机制研究

本研究针对全球干旱威胁粮食安全的核心问题，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建番茄SlWRKY75突变体，揭示该转录因子通过抑制SlARF5和SlTRY表达，差异调控地上部（减少果实毛状体）与地下部（促进侧根发育），显著提升植株RWC（相对含水量）、Fv/Fm（光化学效率）及CAT（过氧化氢酶）活性，为培育抗旱番茄品种提供新靶点。

　　

研究背景与意义
干旱已成为威胁全球农业生产的首要自然灾害，仅1998-2017年间就造成1240亿美元经济损失。番茄作为世界性经济作物，其产量与品质受干旱影响尤为显著。植物应对干旱的复杂机制涉及地上与地下组织的协同调控，而WRKY转录因子家族在其中扮演关键角色。既往研究发现，拟南芥AtWRKY75能负调控根系发育，但其同源基因在番茄中的功能尚未阐明。更引人注目的是，黄花蒿AaGSW2（WRKY75同源物）特异调控腺毛发育，暗示该家族成员可能具有组织特异性功能分化。上海交通大学农业与生物学院的研究团队通过多学科交叉手段，系统解析了番茄SlWRKY75在干旱响应中的"地上抑制-地下促进"双重调控机制，相关成果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》。

关键技术方法
研究采用CRISPR/Cas9构建SlWRKY75纯合突变体（cr-wrky75），通过表型组学分析干旱胁迫下生理指标（RWC、F_v/F_m、MDA等）；结合qRT-PCR、酵母单杂交(Y1H)和双荧光素酶报告系统(Dual-LUC)验证SlWRKY75对SlARF5（生长素响应因子）和SlTRY（毛状体发育调控因子）的直接调控作用。

研究结果

1. SlWRKY75功能特征分析
   系统进化树显示SlWRKY75（Solyc05g015850）与AtWRKY75、AaGSW2聚为一支。启动子分析发现其含ABA响应元件ABRE，暗示干旱响应潜能。

2. SlWRKY75突变体表型解析
   cr-wrky75植株在干旱条件下呈现三大特征：

• 地下部：侧根数量增加154%，根活力提升62%
• 地上部：果实毛状体密度降低40%，采后失水率下降
• 生理指标：RWC提高21%，F_v/F_m维持0.82（WT仅0.71），CAT活性升高而MDA（丙二醛）含量降低

1. 分子机制揭示
   SlWRKY75通过直接结合SlARF5启动子抑制其表达，从而负调控侧根发育；同时结合SlTRY启动子促进毛状体形成。这种"地上-地下"调控网络使突变体在保持果实品质的同时增强抗旱性。

结论与展望
该研究首次阐明SlWRKY75作为"分子开关"协调番茄干旱响应的空间特异性调控：地下通过解除对SlARF5的抑制促进根系发育，增强水分吸收；地上则通过减少SlTRY介导的毛状体形成降低蒸腾损耗。这种"开源节流"的双重机制为作物抗旱育种提供新思路——通过精准编辑组织特异性调控因子，实现抗逆性与经济性状的协同改良。研究团队特别指出，SlWRKY75的跨组织移动特性（类似AtWRKY75的非自主性细胞间转运）可能是其实现系统性调控的关键，这将成为后续研究的重要方向。