调控茄子耐低温性的WRKY基因鉴定和功能分析

Low temperature tolerance is a major goal for eggplant breeding. Investigations have suggested that WRKY proteins play a vital role in plant responses to low temperature. However, the role and function mechanism of WRKY proteins on the low temperature tolerance in eggplant is unclear. Therefore, it is meaningful to ascertain WRKY roles and mechanisms in low temperature tolerance and is crucial for providing guidances of genetic improvement. Based on identifying WRKY gene family from eggplant genome, this study will explore several WRKY proteins related to low temperature tolerance in accordance with the relative transcription level of SmWRKYs in germplasms that vary in low temperature tolerance. In addition, we verify the function of SmWRKYs in regulating low temperature tolerance with overexpression and konckout. Furthermore, we will analyze the mechanisms of SmWRKYs by molecular biology methods including EMSA, ChIP and yeast two hybrid system. The results will provide technical guidance for low temperature resistance breeding in eggplant and reference for genetic improvement of other plants.

耐低温是茄子遗传改良的重要目标。研究表明，WRKY蛋白在植物对低温胁迫响应的过程中扮演重要的角色。然而目前WRKY蛋白在茄子低温耐性中的作用和机理尚不清楚。因此，探明WRKY在茄子耐低温中的作用及其机制，对茄子的遗传改良具有理论性的指导意义。本项目拟在对茄子基因组中WRKY基因家族鉴定的基础上，利用比较耐低温性差异显著的种质资源中WRKY基因的表达量及VIGS技术来快速挖掘与茄子低温耐性相关的WRKY蛋白，并通过过量表达和敲除对WRKY调控低温耐性的功能进行验证，最后利用EMSA、ChIP和酵母双杂交等分子生物学手段剖析WRKY作用机理。研究结果对指导茄子耐低温育种具有重要意义，进而也为其他作物的品种遗传改良提供借鉴作用。

目前WRKY蛋白在茄子低温耐性中的作用和机理还不清楚。探明WRKY在茄子耐低温中的作用及其机制，对茄子的遗传改良具有理论性的指导意义。本项目拟在对茄子基因组中WRKY基因家族鉴定的基础上，利用比较耐低温性差异显著的种质资源中WRKY基因的表达量及VIGS技术来快速挖掘与茄子低温耐性相关的WRKY蛋白，并通过反向遗传学对WRKY调控低温耐性的功能进行验证，最后利用分子生物学手段剖析WRKY作用机理。本项目从茄子基因组中鉴定得到58个WRKY蛋白。根据WRKY域的数量和锌指结构的类型，可分为13个第I类WRKY，39个第II类WRKY（6个IIa、7个IIb、13个IIc、8个IId和5个IIe）和6个第III类WRKY；对多份茄子种质资源低温耐性鉴定得到一份极耐冷材料和一份极不耐冷材料；通过对这两份材料的低温转录组分析得到多个差异表达的WRKY基因，例如WRKY1、WRKY8、 WRKY12、WRKY18、WRKY21、WRKY24、WRKY25、WRKY26、WRKY30、WRKY32、WRKY40、WRKY44、WRKY48、WRKY49和WRKY51，其中WRKY1和WRKY8在两种材料响应低温过程中的表达均受到抑制。而WRKY4，WRKY7，WRKY29和WRKY39在耐低温材料受到低温胁迫后下调；利用VIGS进行初步功能验证发现WRKY26和WRKY32正调控茄子低温耐性；对过表达植株和基因编辑植株以及对照植株的低温耐性进行鉴定，进一步验证了WRKY26对茄子低温耐性的调控作用，同时WRKY26能够降低低温对细胞膜的伤害，提高植株的光合作用。亚细胞定位和转录激活活性检测结果表明WRKY26可能在细胞核内特异性地结合低温相关基因，并激活其转录，从而实现调控茄子低温耐性。本项目为后期利用基因编辑实现WRKY26的过表达，提高茄子低温耐性，进而促进茄子耐低温的遗传改良提供了科学依据。