油茶CoWRKY53通过调控CoPHO1;H3基因增强低磷胁迫耐受性的分子机制研究

针对酸性土壤低磷胁迫制约油茶生长的难题，研究人员揭示了转录因子CoWRKY53通过结合CoPHO1;H3启动子W-box元件（TTGACT），激活磷转运基因表达，进而促进根系构型（RSA）重塑和磷吸收的分子机制。该研究为木本植物低磷适应性育种提供了新靶点，对减少磷肥依赖具有重要意义。

　　

磷是植物生长发育不可或缺的营养元素，但在酸性土壤中，99%的磷以难溶性形式存在，严重制约油茶等经济作物的产量和品质。传统磷肥施用不仅成本高昂，还会导致土壤退化。面对这一全球性农业难题，植物进化出复杂的低磷响应机制，其中WRKY转录因子家族和磷转运蛋白（PHT/PHO）的调控网络尤为关键。然而，关于木本植物在酸性土壤低磷环境中的适应机制，特别是WRKY53的具体功能仍属空白。

中国林业科学研究院亚热带林业研究所的Chen Juanjuan团队在《Horticultural Plant Journal》发表研究，首次从油茶中克隆出CoWRKY53基因，发现其通过直接激活CoPHO1;H3表达，显著提升植物低磷耐受性。研究人员采用酵母单杂交（Y1H）、电泳迁移率实验（EMSA）和双荧光素酶报告系统验证蛋白-DNA互作，通过拟南芥和杨树转基因体系结合RNA-seq分析，系统解析了CoWRKY53-CoPHO1;H3模块的生物学功能。

3.1 低磷胁迫特异性诱导CoWRKY53表达

通过系统进化分析发现，CoWRKY53属于WRKY III类亚家族，具有典型WRKYGQK结构域和C₂HC锌指 motif。亚细胞定位显示其定位于细胞核，qRT-PCR证实该基因在低磷处理3天的油茶根中表达量激增7倍，且在营养器官中表达显著高于生殖器官。

3.3 CoWRKY53重塑根系构型增强磷吸收

过表达CoWRKY53的转基因拟南芥（OE系）在5 μmol·L^-1 KH₂PO₄条件下，根长增加29.06%，根尖数量提升18.61%。杨树转基因株系同样表现出根系表面积扩大20.9%，这与磷高效吸收表型直接相关。

3.5 DAP-seq揭示靶基因调控网络

DNA亲和纯化测序（DAP-seq）鉴定出核心结合 motif TTGACT，GO富集显示靶基因显著富集于有机酸转运和离子跨膜运输通路。其中CoPHO1;H3启动子区域存在5个W-box元件，片段F5（-489 bp）被证实为关键作用位点。

3.7 CoPHO1;H3互补实验验证功能

在拟南芥atpho1;h3突变体中回补CoPHO1;H3后，低磷条件下的生物量恢复至野生型水平，根中磷浓度提升2.1倍，酸性磷酸酶活性增加68%，证实该基因是CoWRKY53调控通路的下游效应因子。

这项研究首次绘制了油茶WRKY53-PHO1;H3调控轴的工作模型：低磷胁迫→CoWRKY53核内激活→结合CoPHO1;H3启动子W-box→增强磷转运→重塑RSA→提高磷利用效率。该发现不仅为木本植物磷高效育种提供分子标记，更为发展"减磷增效"的绿色农业策略奠定理论基础。研究采用的跨物种验证策略（油茶→拟南芥→杨树）为难以遗传转化的经济树种功能研究提供了范式。未来需进一步解析CoWRKY53是否通过调控SPX家族蛋白参与磷信号网络，以及该通路在田间复杂土壤环境中的实际应用潜力。