DAP-seq助力揭示TaWRKY58介导小麦生长及干旱胁迫应答的分子调控机制

文献题目：The transcription factor TaWRKY58 coordinates growth and drought sensitivity in wheat by repressing TaLRR and TaBCS1

发表期刊：PLOS Genetics

影响因子：3.9

物种：小麦

发表时间：2026年4月

发表单位：四川农业大学

蓝景科信提供：DAP-seq技术服务

主要研究内容

小麦是全球核心粮食作物，凭借其适应性强、产量高、易储存、加工用途广泛等突出优势发挥着不可替代的作用。小麦生育期常面临各类生物与非生物胁迫，想要稳产增产，必须平衡自身生长发育与逆境胁迫适应能力。WRKY转录因子是调控植物生长代谢与胁迫应答的关键元件，广泛参与小麦抗逆与生长调控过程，目前小麦WRKY基因家族中，仅少数成员的生物学功能得到解析，绝大多数家族基因的分子调控通路与作用机制仍缺乏系统阐释。。先前研究表明TaWRKY58参与小麦紫外胁迫、热胁迫、病原菌抗性及水杨酸合成等过程，但该基因调控小麦生长与抗逆平衡的分子机制及下游靶基因仍未得到系统解析。

本研究以小麦TaWRKY58为研究对象，通过生物信息学分析、亚细胞定位观察及多胁迫表达模式检测，明确TaWRKY58的基因分类特征、细胞核定位特性以及广谱胁迫诱导表达规律。TILLING突变体与TaWRKY58过表达转基因材料表型与生理鉴定结果表明TaWRKY58负调控赤霉素积累，进而抑制小麦株高、推迟开花；该基因仅特异性负调控小麦干旱响应通路，对小麦赤霉病抗性、耐盐能力无明显调控作用。

为解析TaWRKY58全基因组调控网络，本研究利用DAP-seq筛选其DNA结合位点，共得到754059个高置信结合峰，显著富集于基因转录起始位点上游1kb近端启动子区域；motif分析显示TaWRKY58依赖W-box元件识别靶序列。GO富集显示靶基因集中参与蛋白Ser/Thr激酶活性、碳水结合等通路，关联植株信号传导、能量代谢与逆境响应进程。qRT-PCR、EMSA与双荧光素酶实验进一步锁定TaLRR、TaBCS1为TaWRKY58下游核心靶基因且TaWRKY58可特异性结合两个靶基因启动子上W-box顺式元件，并显著抑制二者的转录表达。遗传突变体生理试验证实，干旱胁迫下，TaLRR、TaBCS1表达显著上调；两个突变体均对干旱高度敏感，干旱处理后可溶性糖含量大幅下降、赤霉素含量显著降低。TaWRKY58通过分别抑制TaLRR、TaBCS1，协同调控小麦株高与干旱敏感性。

综上，TaWRKY58作为转录抑制子，形成一套完整调控模块，通过协同调控信号通路与线粒体能量代谢，精细权衡小麦生长发育和干旱胁迫适应的平衡关系。本研究为定向改良小麦、培育环境波动下产量稳定、抗逆优良的新品种提供理论基础与育种策略。

图1.DAP-seq鉴定TaWRKY58的靶基因。（A）TaWRKY58结合峰在各基因组功能区域的分布情况。（B）TaWRKY58结合峰在转录起始位点（TSS）上下游1kb区间内的富集分布。（C）在TaWRKY58结合峰中从头挖掘得到的显著富集结合基序Motif1。（D）Motif1相对于结合峰中心的位置分布频率。（E）含Motif1靶基因中富集程度的分子功能（GO分析）。

图2.TaWRKY58介导转录抑制的分子机制。（A）Z60时期野生型与Δtawrky58突变体穗轴中TaLRR、TaBCS1的相对表达量。（B）EMSABio标记探针及竞争实验设计示意图。（C）AlphaFold预测TaWRKY58与Motif1关键结合位点。（D）EMSA验证TaWRKY58结合TaLRR启动子。（E）EMSA检测TaWRKY58结合TaBCS1启动子及4种突变探针，M1探针无结合条带。（F）双荧光素酶试验证明TaWRKY58抑制TaLRR启动子活性。（G）水稻原生质体中标准化荧光素酶比值（LUC/REN），证明TaWRKY58抑制TaLRR、TaBCS1启动子。

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