TaGW2-TaVOZ1调控模块通过E3连接酶依赖与非依赖双重通路增强小麦耐盐性的分子机制研究

推荐：本研究针对全球盐渍化耕地扩张威胁小麦生产的重大问题，揭示了NAC型转录因子TaVOZ1通过激活HKT1家族转运蛋白基因表达降低地上部Na+积累的正向调控机制，同时发现E3泛素连接酶TaGW2通过泛素/26S蛋白酶体途径降解TaVOZ1并竞争性结合相同DNA基序发挥双重抑制作用。该发现为小麦耐盐分子育种提供了重要靶点，发表于《SCIENCE ADVANCES》。

　　

随着全球气候变化和灌溉农业的发展，土壤盐渍化已成为威胁粮食安全的重要环境胁迫因素。据统计，全球约20%的耕地受到盐害影响，而作为世界主要口粮作物的小麦对盐胁迫尤为敏感。盐胁迫会导致植物离子失衡、渗透胁迫和氧化损伤，最终造成减产。尽管已知高亲和性K⁺转运蛋白(HKT)家族成员（如TaHKT1;5-D）通过调控Na⁺的木质部卸载增强耐盐性，但其上游调控网络仍不明确。同时，植物如何协调胁迫响应与生长发育的分子机制也是亟待解决的科学问题。

在这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究中，科研人员通过多组学联用技术揭示了TaGW2-TaVOZ1模块在小麦耐盐性中的核心调控作用。研究首先利用RNA-seq构建盐胁迫响应基因网络，通过DAP-seq鉴定转录因子结合位点，结合Y2H筛选互作蛋白；采用LCI和Co-IP验证蛋白互作，体外泛素化实验证实E3连接酶活性；通过CRISPR-Cas9构建突变体，结合生理表型分析阐明功能；最后通过EMSA和双荧光素酶报告系统解析DNA结合与转录调控机制。

TaVOZ1正向调控小麦耐盐性

研究发现NAC型转录因子TaVOZ1受盐胁迫诱导表达，其过表达株系在150 mM NaCl处理下表现出更高的生物量、更长的根系和更低的叶片Na⁺积累。DAP-seq鉴定出6574个结合位点，包含核心基序5'-CTTCTT-3'/5'-AAGAAG-3'，其中2347个靶基因在RNA-seq中差异表达，包括多个TaHKT1家族基因。

HKT1家族基因是TaVOZ1的直接靶标

实验证实TaVOZ1通过结合TaHKT1;1-B、TaHKT1;3-B和TaHKT1;5-D启动子激活其表达，TaHKT1;3-B过表达株系重现了TaVOZ1的耐盐表型。这解释了TaVOZ1通过增强Na⁺外排转运降低毒性的分子机制。

TaGW2介导TaVOZ1泛素化降解

Y2H筛选发现RING型E3连接酶TaGW2与TaVOZ1互作。体外泛素化实验显示TaGW2可泛素化TaVOZ1，细胞降解实验证实该过程依赖26S蛋白酶体。在TaGW2过表达或敲除株系中，TaVOZ1蛋白水平呈现相反变化，说明TaGW2通过UPS途径调控TaVOZ1稳定性。

TaGW2的"兼职功能"揭示新型调控机制

意外发现TaGW2具有转录抑制活性，能直接结合与TaVOZ1相同的DNA基序，竞争性抑制TaHKT1基因表达。DAP-seq鉴定出4260个TaGW2靶基因，与RNA-seq联合分析发现1419个差异表达基因，构成复杂的调控网络。

结论与意义

该研究首次阐明TaGW2通过E3连接酶依赖的TaVOZ1蛋白降解和E3非依赖的转录抑制双重途径调控小麦耐盐性。这一发现不仅揭示了植物协调胁迫响应与生长发育的新机制，更提出了通过编辑TaGW2-TaVOZ1模块创制耐盐小麦品种的育种策略。特别值得注意的是，TaGW2作为同时具有泛素连接酶和转录因子活性的"多功能蛋白"，为理解植物环境适应机制提供了全新视角。研究建立的分子模块可为其他禾本科作物耐盐遗传改良提供参考，对保障盐渍化地区粮食安全具有重要应用价值。