WRKY轉(zhuǎn)錄因子在植物耐鹽基因工程中的應(yīng)用進(jìn)展

段俊枝　楊翠蘋　王楠　馮麗麗　燕照玲　齊紅志　陳海燕　張會(huì)芳　卓文飛　齊學(xué)禮

摘要：土壤鹽漬化是抑制植物生長發(fā)育、降低作物產(chǎn)量的主要環(huán)境脅迫之一。利用基因工程技術(shù)培育耐鹽植物以提高植物耐鹽性是促進(jìn)植物生長、提高作物產(chǎn)量的有效途徑。植物特異轉(zhuǎn)錄因子WRKY可以調(diào)控植物生長發(fā)育、響應(yīng)多種脅迫（如鹽、干旱、病原菌等），在抵御鹽脅迫過程中具有重要作用。本文闡述了WRKY轉(zhuǎn)錄因子的基本結(jié)構(gòu)，綜述了來自各種植物（糧食、經(jīng)濟(jì)、園藝作物及其他植物）的WRKY轉(zhuǎn)錄因子在模式植物（擬南芥、煙草）、糧食作物（水稻、玉米）、經(jīng)濟(jì)作物（大豆、棉花）、園藝作物（番茄、茄子、菊花、蘋果）及其他植物（柳樹、楊樹）耐鹽基因工程中的應(yīng)用進(jìn)展，分析了該領(lǐng)域目前存在的問題（轉(zhuǎn)單個(gè)WRKY基因?qū)χ参锬望}性的提高程度有限，大部分轉(zhuǎn)WRKY基因植株僅僅提高了營養(yǎng)生長期耐鹽性鑒定，組成型超表達(dá)WRKY基因會(huì)引起轉(zhuǎn)基因植株生長緩慢、花期推遲甚至產(chǎn)量降低等不良后果等），并提出建議，以期為WRKY轉(zhuǎn)錄因子在植物耐鹽遺傳改良及育種中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：植物；WRKY轉(zhuǎn)錄因子；耐鹽；基因工程

中圖分類號(hào)：S188 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）05-0071-10

土壤鹽漬化是一個(gè)世界性問題，尤其在干旱、半干旱地區(qū)，我國土壤鹽漬化問題十分嚴(yán)重。隨著氣候變化及不良灌溉方式等的影響，土壤鹽漬化越來越嚴(yán)重［1］。土壤鹽漬化是植物生長發(fā)育過程中遭遇的主要環(huán)境脅迫之一，嚴(yán)重抑制植物生長，降低作物產(chǎn)量［2］。因此，培育耐鹽植物品種對(duì)保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國家糧食安全具有重要意義。利用傳統(tǒng)的育種方法培育耐鹽品種進(jìn)展緩慢，利用分子生物技術(shù)挖掘耐鹽基因，通過基因工程技術(shù)提高植物耐鹽性是一條行之有效的途徑。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些轉(zhuǎn)錄因子，如AP2/ERF（APETALA2/Ethylene response factor）、bZIP（basic leucine zipper）、MYB （v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog）、WRKY等，會(huì)調(diào)控下游基因抵御鹽脅迫［3-11］。其中，WRKY是植物特異轉(zhuǎn)錄因子家族，其家族成員眾多，功能多樣，可以調(diào)控植物生長發(fā)育、響應(yīng)多種脅迫（如鹽、干旱、病原菌等），在抵御鹽脅迫過程中具有重要作用［6-14］。本文闡述了WRKY轉(zhuǎn)錄因子的基本結(jié)構(gòu)，綜述了WRKY轉(zhuǎn)錄因子在擬南芥（Arabidopsis thaliana）、煙草（Nicotiana tabacum）、小麥（Triticum aestivum L.）、玉米（Zea mays）、大豆（Glycine max）、番茄（Solanum lycopersicum）、菊花等植物耐鹽基因工程中的應(yīng)用進(jìn)展，分析了該領(lǐng)域目前存在的問題，并提出建議，以期為WRKY轉(zhuǎn)錄因子在植物耐鹽遺傳改良及育種中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 WRKY轉(zhuǎn)錄因子的基本結(jié)構(gòu)特征

WRKY轉(zhuǎn)錄因子都含有1～2個(gè)高度保守的能與DNA結(jié)合的WRKY結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域包含約60個(gè)氨基酸殘基，N端為高度保守的WRKYGQK基序，C端為保守的C2H2（CX4-5CX22-23HX1H）或C2HC（C-X7-C-X23-HX1-C）類鋅指基序，這2個(gè)基序控制著WRKY轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合［15］。WRKY轉(zhuǎn)錄因子特異性地與下游基因啟動(dòng)子區(qū)的順式作用元件W-box（TTGACC/T）結(jié)合，其結(jié)合力主要基于W、R、K、Y、C、H，但也受 W-box 周圍氨基酸的影響［16-18］。

根據(jù)WRKY 結(jié)構(gòu)域的數(shù)量和鋅指基序的特點(diǎn)，WRKY 轉(zhuǎn)錄因子可分為3 類［19-21］。第Ⅰ類WRKY轉(zhuǎn)錄因子含有2個(gè)WRKY結(jié)構(gòu)域，每個(gè)WRKY結(jié)構(gòu)域具有不同的功能，第Ⅱ和第Ⅲ類WRKY轉(zhuǎn)錄因子都只含有1個(gè)WRKY結(jié)構(gòu)域；第Ⅰ和第Ⅱ類WRKY轉(zhuǎn)錄因子都含有C2H2基序，第Ⅲ類WRKY轉(zhuǎn)錄因子含有C2HC基序；另外，第Ⅱ類WRKY轉(zhuǎn)錄因子根據(jù)發(fā)育進(jìn)程，又可進(jìn)一步分為a～e 5個(gè)亞類［19-21］。

2 WRKY轉(zhuǎn)錄因子在植物耐鹽基因工程中的應(yīng)用進(jìn)展

目前，已經(jīng)從眾多植物中分離得到WRKY基因，其中很多WRKY基因可以調(diào)控植物的耐鹽性，對(duì)這些基因進(jìn)行超表達(dá)或者沉默表達(dá)提高了模式植物（擬南芥、煙草）、糧食作物（水稻、玉米）、經(jīng)濟(jì)作物（大豆、棉花）、園藝作物（番茄、茄子、菊花、蘋果）及其他植物（柳樹、楊樹）等的耐鹽性，有的提高了營養(yǎng)生長期的耐鹽性，有的提高了生殖生長期的耐鹽性，甚至產(chǎn)量，這為植物耐鹽遺傳改良及育種提供了重要的基因資源。

2.1 擬南芥耐鹽基因工程

2.1.1 糧食作物WRKY基因

小麥TaWRKY79基因受鹽和ABA（abscisic acid）誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因降低了擬南芥植株對(duì)ABA的敏感性，提高了擬南芥在鹽脅迫條件下的主根長和ABA相關(guān)基因［ABA1、ABA2、ABI1（abscisic acid-insensitive 1）、ABI5］的表達(dá)量，進(jìn)而提高了耐鹽性［6］。可見TaWRKY79通過ABA依賴途徑調(diào)控?cái)M南芥的耐鹽性。類似的TaWRKY93基因也受鹽和ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因擬南芥植株在鹽脅迫條件下的主根長、側(cè)根數(shù)增加，葉片脯氨酸含量、相對(duì)含水量及脅迫相關(guān)基因［ABF3（ABA responsive element binding factors 3）、ABI1、ABI2、ABI3、DREB2A（dehydration responsive element binding factors 2A）、RD19A（responsive to dehydration 1A）、ICE1（inducer of CBF expression 1）、RD21、P5CS（Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase）］的表達(dá)量提高，電解質(zhì)滲透率降低，進(jìn)而耐鹽性提高［7］。表明TaWRKY93通過提高滲透調(diào)節(jié)能力、保持細(xì)胞膜穩(wěn)定、上調(diào)脅迫相關(guān)基因表達(dá)量來提高擬南芥的耐鹽性。另外，超表達(dá)TaWRKY2基因、TaWRKY19基因均提高了擬南芥植株在鹽脅迫條件下的存活率、抽薹率和株高［8］。這主要?dú)w因于超表達(dá)TaWRKY2、TaWRKY19基因提高了擬南芥植株的可溶性糖含量和一些脅迫響應(yīng)基因［RD29B、DREB2A、RD29A、COR6.6（cold regulated 6.6）］基因的表達(dá)量，降低了MDA含量和電解質(zhì)滲透率。其中，TaWRKY2可與RD29B基因啟動(dòng)子結(jié)合，TaWRKY19可與DREB2A、COR6.6基因啟動(dòng)子結(jié)合。綜上，TaWRKY2、TaWRKY19通過直接或間接調(diào)控脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量來提高擬南芥的抗逆性。此外，超表達(dá)TaWRKY49、TaWRKY92、TaWRKY112、TaWRKY142［9］和TaWRKY75-A［10］基因也均提高了擬南芥植株的耐鹽性。

除了小麥外，在其他糧食作物如苦蕎（Fagopyrum tataricum）［22］、水稻（Oryza sativa）［23］、甘薯［Ipomoea batatas （L.） Lam.］［24］、玉米［25］、高粱（Sorghum bicolor）［26］中也發(fā)現(xiàn)了調(diào)控耐鹽性的WRKY基因。研究發(fā)現(xiàn)，超表達(dá)苦蕎FtWRKY46基因提高了擬南芥在鹽脅迫條件下的發(fā)芽率、根長、葉綠素含量、脯氨酸含量和SOD（superoxide dismutase）、POD（peroxidase）、CAT（catalase）活性及脅迫相關(guān)基因［RD29A、DREB2B、RD29B、RD2、RAB18（responsive to ABA? 18）、SOS1（salt overly sensitive 1）、SOS2、SOS3、NHX1（Na+/H+antiporter 1）］的表達(dá)量，降低了O-2·、H2O2、MDA含量，進(jìn)而提高了耐鹽性［22］。綜上，F(xiàn)tWRKY46通過調(diào)控活性氧清除系統(tǒng)和脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量來提高擬南芥的耐鹽性。水稻OsWRKY42基因受鹽、細(xì)胞壁降解酶誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了擬南芥植株在鹽脅迫條件下的胼胝質(zhì)和花青素含量，降低了一些細(xì)胞壁損傷和鹽脅迫誘導(dǎo)的茉莉酸合成及響應(yīng)基因［AOC3（allene oxide cyclase3）、LOX2（lipoxygenase-2）、COI-1（coronatine insensitive-1）、JAZ1（jasmonate ZIM motif 1）、JAZ10、ERF］的表達(dá)量，最終提高了耐鹽性［23］。說明OsWRKY42通過負(fù)調(diào)控茉莉酸介導(dǎo)的脅迫響應(yīng)來提高擬南芥的耐鹽性。甘薯IbWRKY2基因受鹽、干旱、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了擬南芥植株的耐鹽性和抗旱性［24］。這主要?dú)w因于超表達(dá)IbWRKY2基因提高了擬南芥葉片ABA含量、脯氨酸含量、SOD活性及ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑基因［ZEP（zeaxanthine poxidase）、NCED（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase）］、脯氨酸合成途徑基因［P5CR（pyrroline-5-carboxylate reductase）］、活性氧清除系統(tǒng)基因［CAT、APX（ascorbate peroxidase）、POD、GPX（glutathione peroxidase）、DHAR（dehydroascorbate reductase）］的表達(dá)量，降低了MDA和H2O2 含量；另外，IbWRKY2可與IbVQ4（含有VQmotif的蛋白）相互作用，而IbVQ4基因受鹽和干旱誘導(dǎo)表達(dá)。綜上，IbWRKY2通過激活A(yù)BA信號(hào)途徑、活性氧清除系統(tǒng)及與IbVQ4互作來提高擬南芥的抗逆性。此外，玉米ZmWRKY17［25］基因、甜高粱SbWRKY50基因［26］均受鹽誘導(dǎo)表達(dá)，但這2個(gè)基因負(fù)調(diào)控鹽脅迫響應(yīng)。在鹽脅迫條件下，超表達(dá)ZmWRKY17基因擬南芥植子葉綠化率及RAB18、RD29B、DREB1F、KIN1（kinase 1）、NAC019［NAM（No apical meristem）、ATAF1（Arabidopsis transcription activation factor 1）、ATAF2、CUC2（Cup-shaped cotyledon 2） 019］基因的表達(dá)量降低，根系生長緩慢，相對(duì)電解質(zhì)滲透率、MDA含量提高，且超表達(dá)ZmWRKY17降低了擬南芥植株對(duì)ABA的敏感性［25］；超表達(dá)SbWRKY50基因擬南芥的發(fā)芽率、根長、生物量和鉀離子含量顯著降低，O-2·、H2O2 含量、鈉離子含量提高，且SbWRKY50與SOS1和HKT1（high-affinity K transporter 1）基因啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控其表達(dá)［26］。綜上，ZmWRKY17通過ABA信號(hào)通路負(fù)調(diào)控?cái)M南芥的耐鹽性，SbWRKY50通過調(diào)控離子平衡來負(fù)調(diào)控?cái)M南芥的耐鹽性，可以通過沉默這些基因表達(dá)的方式來提高植物的耐鹽性。

2.1.2 經(jīng)濟(jì)作物WRKY基因

陸地棉（Gossypium hirsutum）GhWRKY6-like基因受鹽、干旱、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)GhWRKY6-like基因擬南芥植株在鹽脅迫條件下的發(fā)芽率、根長增加，耐鹽性提高，這主要得益于超表達(dá)GhWRKY6-like基因降低了擬南芥植株H2O2、MDA含量，提高了脯氨酸含量、SOD活性、POD活性及ABA信號(hào)途徑基因［AtABF4、AtABI5、AtMYC2（v-myc avian myelocytomatosis viral oncogene homolog 2）］、滲透脅迫基因（AtSOS2、AtRD29a、AtRD29b）的表達(dá)量［27］。說明GhWRKY6-like通過清除活性氧、調(diào)控ABA信號(hào)途徑來提高擬南芥的耐鹽性。類似的，超表達(dá)GhWRKY34基因也提高了擬南芥植株的耐鹽性，這是因?yàn)槌磉_(dá)GhWRKY34基因降低了擬南芥植株Na+/K+，提高了葉綠素含量及一些脅迫相關(guān)基因（RD29A、ABF4、SOS1、SOS2）的表達(dá)量［28］?？梢奊hWRKY34通過調(diào)控Na+/K+和脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量來提高擬南芥的耐鹽性。另外，超表達(dá)旱地棉（Gossypium aridum L.）GarWRKY5基因提高了鹽脅迫條件下擬南芥葉片SOD活性、POD活性及活性氧清除系統(tǒng)基因［GST（glutamine S-transferases）、SOD］、茉莉酸和SA響應(yīng)基因的表達(dá)量，進(jìn)而提高了擬南芥的耐鹽性［29-30］。綜上，GarWRKY5通過提高活性氧清除能力來提高擬南芥的耐鹽性。

大豆GmWRKY16基因受鹽、干旱、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因促進(jìn)了擬南芥植株在鹽、干旱脅迫條件下的發(fā)芽和根系生長，降低了失水量和MDA含量，提高了葉片脯氨酸含量及AtWRKY8、KIN1、RD29A基因的表達(dá)量，進(jìn)而提高了耐鹽性和抗旱性［31］。類似的，GmWRKY49基因［32-33］受鹽誘導(dǎo)表達(dá)，GmWRKY45基因［34］受鹽、磷饑餓誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)這2個(gè)基因也均提高了擬南芥植株的耐鹽性，這主要?dú)w因于轉(zhuǎn)基因擬南芥植株可溶性糖、脯氨酸含量提高。另外，超表達(dá)GmWRKY45基因還提高了擬南芥植株對(duì)磷饑餓的耐受性［34］。此外，超表達(dá)大豆GmWRKY54基因提高了擬南芥植株中DREB2A、RD29B、ERD10（early responsive to dehydration 10）基因的表達(dá)量，增強(qiáng)了擬南芥的耐鹽性［35］。

2.1.3 其他植物WRKY基因

長葉紅砂（Reaumuria trigyna）RtWRKY1［36］基因、RtWRKY23［37-38］基因均受鹽、低溫、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)這2個(gè)基因均提高了擬南芥植株的耐鹽性。超表達(dá)RtWRKY23基因擬南芥耐鹽性的提高主要得益于葉片脯氨酸含量和GPX、POD、SOD、CAT活性及離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因（AtSOS1）、脯氨酸合成相關(guān)基因［AtP5CS1、AtP5CS2、AtPRODH1（proline dehydrogenase 1）、AtPRODH2］、抗氧化相關(guān)基因（AtAPX1、AtCAT1、AtSOD1）表達(dá)量提高，MDA、Na+含量和Na+/K+降低［36］?？梢奟tWRKY1通過調(diào)控滲透平衡、Na+/K+平衡、抗氧化系統(tǒng)來提高擬南芥的耐鹽性。超表達(dá)RtWRKY23基因擬南芥耐鹽性的提高主要是因?yàn)槌磉_(dá)RtWRKY23基因提高了擬南芥根長、葉綠素含量、脯氨酸含量、POD活性、O-2·清除率及一些脅迫相關(guān)基因（AtPOD、AtPOD22、AtPOD23、AtP5CS1、AtP5CS2、AtPRODH2）表達(dá)量，降低了H2O2和MDA含量［37-38］。說明RtWRKY23通過維持活性氧平衡、滲透平衡來提高擬南芥的耐鹽性。另外，剛毛怪柳（Tamarix hispida）ThWRKY4基因受鹽、干旱、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了擬南芥在鹽脅迫條件下的SOD活性、POD活性、葉綠素含量及SOD、POD基因表達(dá)量，降低了O-2·、H2O2含量及電解質(zhì)滲透率、細(xì)胞死亡率，進(jìn)而提高了耐鹽性［39］。綜上，ThWRKY4通過提高活性氧清除能力來提高擬南芥的耐鹽性。 此外，超表達(dá)楊樹（Populussimonii×P. nigra）WRKY56基因也提高了擬南芥在鹽脅迫條件下的脯氨酸含量及POD、SOD活性，降低了MDA含量、脂質(zhì)過氧化率，進(jìn)而提高了耐鹽性［40］。

除了長葉紅砂、剛毛怪柳、楊樹等，在毛竹（Phyllostachys edulis）［41］、葡萄［42］、擬南芥［43-44］中也發(fā)現(xiàn)了調(diào)控耐鹽性的WRKY基因。研究發(fā)現(xiàn)，超表達(dá)毛竹PeWRKY83基因提高了擬南芥植株在鹽脅迫條件下的發(fā)芽率、根長、鮮質(zhì)量、脯氨酸含量、ABA含量及ABA合成基因［AtAAO3 （aldehyde oxidase 3）、AtNCED2、AtNCED3］、信號(hào)通路基因［AtABI1、AtPP2CA（serine/threonine protein phosphatases 2CA）］、響應(yīng)基因（AtRD29A、AtRD29B、AtABF1） 的表達(dá)量，降低了MDA含量和電解質(zhì)滲透率及對(duì)ABA的敏感性［41］。說明PeWRKY83通過調(diào)控脅迫誘導(dǎo)ABA合成來提高擬南芥的耐鹽性。另外，超表達(dá)葡萄（Vitis vinifera L.）VvWRKY30基因提高了擬南芥在鹽脅迫條件下的抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性、可溶性糖含量、脯氨酸含量及抗氧化酶編碼基因（Cu/ZnSOD、CAT1、CAT3、POD1）、糖代謝相關(guān)基因［SS1（sucrose synthetase 1）、SS4、G6DPH（glucose-6-phosphate dehydrogenase）、BAM1（β-amylase 1）、BAM4］、脯氨酸合成基因（P5CS）的表達(dá)量，降低了活性氧含量，進(jìn)而提高了耐鹽性［42］?？梢奦vWRKY30通過調(diào)控活性氧清除和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累來提高擬南芥的耐鹽性。此外，超表達(dá)AtWRKY25［43］、AtWRKY33［43］、AtWRKY30［44］基因也均提高了擬南芥植株的耐鹽性，其突變體植株反之。

2.2 煙草耐鹽基因工程

2.2.1 糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物WRKY基因

小麥TaWRKY10基因受鹽、干旱、H2O2誘導(dǎo)表達(dá)，在煙草中超表達(dá)該基因提高了轉(zhuǎn)基因植株在鹽和干旱脅迫條件下的存活率，這主要?dú)w因于超表達(dá)TaWRKY10基因提高了煙草葉片相對(duì)含水量、脯氨酸含量、可溶性糖含量及脅迫相關(guān)基因［NtSPSA（sucrose phosphate synthase）、NtGPX、NtERD10］的表達(dá)量，降低了MDA、O-2·、H2O2含量［45］。說明TaWRKY10通過調(diào)控滲透平衡、活性氧清除和脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量來提高煙草的耐鹽性和抗旱性。類似的，超表達(dá)TaWRKY44基因也提高了煙草在鹽脅迫條件下的存活率、葉片相對(duì)含水量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和CAT、POD、SOD活性及活性氧清除基因（NtCAT、NtAPX、NtPOD、NtSOD、NtGST）、多胺合成酶基因［NtSAMDC（S-adenosyl-L-methionine decarboxylase）、NtADC1（arginine decarboxylase? 1）］、蔗糖合成酶基因（NtSPSA）、脅迫響應(yīng)蛋白基因（ERD10）、脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白基因［NtLTP1（Lipid-transfer protein 1）］的表達(dá)量，降低了離子滲透率及H2O2、MDA含量［46］?？梢奣aWRKY44可以調(diào)控活性氧平衡和脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量，進(jìn)而提高煙草的耐鹽性。

陸地棉GhWRKY41基因受鹽、干旱誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了煙草在鹽和干旱脅迫條件下的存活率、抗氧化酶（POD、SOD、CAT）活性及抗氧化酶編碼基因（NtPOD、NtSOD、NtCAT）的表達(dá)量，促進(jìn)了氣孔關(guān)閉，降低了MDA含量，進(jìn)而提高了耐鹽性和抗旱性［47］。可見GhWRKY41通過調(diào)控活性氧平衡和氣孔關(guān)閉來提高煙草的耐鹽性和抗旱性。類似的，GhWRKY39-1基因受鹽和MV（methyl viologen）誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了煙草對(duì)鹽及紋枯病、青枯病的抗性，伴隨著提高了一些病原相關(guān)基因［PR1c（pathogen-related 1c）、PR2、PR4］、活性氧清除基因（APX、CAT、GST、SOD）的表達(dá)量，降低了 O-2·、H2O2含量［48］。說明GhWRKY39-1通過調(diào)控活性氧清除能力來提高煙草對(duì)鹽及紋枯病、青枯病的抗性。另外，超表達(dá)GhWRKY25基因也提高了煙草植株的耐鹽性，但降低了對(duì)干旱和灰霉病的耐受性［49］。

2.2.2 園藝作物WRKY基因

醋栗番茄（Solanumpim pinellifolium L3708）SpWRKY1基因受鹽、干旱、ABA、SA（salicylic acid）、病原菌誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了煙草植株在鹽、干旱脅迫條件下的光合速率、氣孔導(dǎo)度、葉綠素含量、SOD活性、POD活性及抗逆相關(guān)基因 （NtSOD、NtPOD、NtP5CS、NtLEA5、NtNCED1） 的表達(dá)量，降低了MDA含量，進(jìn)而提高了耐鹽性［50］。綜上，超表達(dá)SpWRKY1基因通過調(diào)控活性氧清除和脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量來提高煙草的耐鹽性和抗旱性。類似的，番茄SlWRKY基因受鹽、干旱誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因也提高了煙草植株的耐鹽性和抗旱性，這主要得益于超表達(dá)SlWRKY基因煙草植株SOD、POD活性及PR基因［PR1、PR2］表達(dá)量提高，MDA含量和電導(dǎo)率降低［51］。另外，超表達(dá)小白菜（Brassica campestris ssp. chinensis）BcWRKY46基因不僅提高了煙草植株的耐鹽性，而且提高了抗旱性和耐冷性［52］。此外，辣椒（Capsicum annuum）CaWRKY27基因負(fù)調(diào)控鹽脅迫響應(yīng)，超表達(dá)該基因抑制煙草在鹽脅迫條件下的發(fā)芽和生長，促進(jìn)其枯萎，且降低了活性氧清除基因（NtSOD、NtGST1、NtPOD1、NtPOD2）、多胺合成基因（NtADC1、NtSAMDC）、ABA合成基因（NtNCED1）及脅迫相關(guān)基因NtDREB3的表達(dá)量［53］。相反的，沉默該基因提高了辣椒的耐鹽性［53］?？梢奀aWRKY27負(fù)調(diào)控活性氧清除能力及脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量，進(jìn)而負(fù)調(diào)控耐鹽性，可以通過沉默該基因表達(dá)的方式提高植物的耐鹽性。

地被菊（Dendranthema grandiflorum）DgWRKY3基因受鹽、干旱誘導(dǎo)表達(dá)，在煙草中超表達(dá)該基因提高了轉(zhuǎn)基因植株在鹽脅迫條件下的脯氨酸含量、抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性、抗氧化物質(zhì)［AsA（ascorbate）、GSH（glutathione）］含量及脅迫相關(guān)基因［NtP5CS、NtLEA5、NtERD10D、NtSOD、NtPOD、NtCAT、NtAPX］的表達(dá)量，降低了MDA和H2O2含量，進(jìn)而提高了耐鹽性［54］。說明DgWRKY3通過提高活性氧清除能力和脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量來提高煙草的耐鹽性。另外，超表達(dá)葡萄VvWRKY2基因提高了煙草植株在鹽脅迫條件下的發(fā)芽率、生長勢和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性糖、脯氨酸）含量［55］。此外，超表達(dá)野生葡萄（Vitis pseudoreticulata）VpWRKY3基因也提高了煙草植株的耐鹽性，并且還提高了對(duì)青枯病的抗性［56］。

2.2.3 其他植物WRKY基因

麻風(fēng)樹（Jatropha curcas）JcWRKY基因受SA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了煙草的耐鹽性［57-58］。Agarwal等研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫條件下，超表達(dá)JcWRKY基因煙草發(fā)芽率、葉綠素含量、可溶性糖含量、膜穩(wěn)定性、K+/Na+ 及SA合成基因ICS1、抗氧化酶編碼基因（CAT、SOD） 的表達(dá)量提高，電解質(zhì)滲透率和活性氧（H2O2、O-2·） 含量降低［57］?？梢奐cWRKY通過調(diào)控活性氧清除系統(tǒng)來提高煙草的耐鹽性。More等進(jìn)一步對(duì)超表達(dá)JcWRKY基因煙草的光合能力和表皮蠟質(zhì)成分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫條件下，超表達(dá)JcWRKY基因煙草葉片的光合速率、氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間CO2濃度/環(huán)境CO2濃度、電子傳遞速率、光合效率（Fv/Fm）、光化學(xué)猝滅（qP）、非光化學(xué)猝滅（NPQ）和PSⅡ電子傳遞的量子產(chǎn)率（ΦPSⅡ）提高，且表皮蠟質(zhì)的主要成分烷烴及其他蠟質(zhì)成分脂肪醇、羧酸、脂肪酸的積累量提高［58］。說明JcWRKY還可以通過調(diào)控光合作用和蠟質(zhì)代謝來提高煙草的耐鹽性。另外，超表達(dá)JcWRKY2基因也提高了煙草植株的耐鹽性［59］。這主要得益于超表達(dá)JcWRKY2基因提高了煙草葉片葉綠素含量、抗氧化酶（CAT、SOD）活性、SA含量及抗氧化酶編碼基因（NtCAT、NtSOD）、鈣結(jié)合基因（NtCal）、脫水素基因（NtERD10D）、磷脂酶C基因（NtPLC3）的表達(dá)量，降低了活性氧（H2O2、O-2·）含量。此外，超表達(dá)毛果楊（Populus trichocarpa）PtWRKY39基因提高了鹽和干旱脅迫條件下轉(zhuǎn)基因煙草的發(fā)芽率、鮮質(zhì)量、葉綠素含量，降低了MDA和H2O2含量，進(jìn)而提高了煙草的耐鹽性和抗旱性［60］。

2.3 糧食及經(jīng)濟(jì)作物耐鹽基因工程

水稻、玉米均是重要的糧食作物，利用耐鹽WRKY基因通過基因工程技術(shù)提高水稻、玉米的耐鹽性，對(duì)于保障國家糧食安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［61］。研究發(fā)現(xiàn)，超表達(dá)水稻OsWRKY50基因提高了水稻的耐鹽性，這在一定程度上得益于OsLEA3（late embryogenesis abundant 3）、OsRAB21（responsive to ABA 21）、OsHKT1；5（high affinity K+transporter 1；5）、OsP5CS1（pyrroline-5-carboxylate synthase 1）基因表達(dá)量的提高［62］。另外，超表達(dá)小麥TaWRKY13基因也提高了水稻的耐鹽性，主要表現(xiàn)為超表達(dá)TaWRKY13基因水稻根系更發(fā)達(dá)（主根長增長、根系總表面積增加）、脯氨酸含量提高、MDA含量降低［63］。WRKY基因除了正調(diào)控植物的耐鹽性外，還有一些WRKY基因負(fù)調(diào)控植物的耐鹽性。如玉米（Zea mays L.）ZmWRKY11基因［64］。ZmWRKY11基因在鹽脅迫條件下下調(diào)表達(dá)，在ABA處理下上調(diào)表達(dá)。超表達(dá)該基因削弱了水稻對(duì)ABA的敏感性，降低了水稻在鹽脅迫條件下的株高、根長和存活率。這主要?dú)w因于超表達(dá)ZmWRKY11基因降低了水稻脯氨酸含量，提高了MDA含量、電解質(zhì)滲透率。可見ZmWRKY11通過ABA介導(dǎo)的信號(hào)通路負(fù)調(diào)控水稻的耐鹽性，可以通過沉默該基因表達(dá)的方式提高玉米的耐鹽性。類似的，ZmWRKY86基因也負(fù)調(diào)控耐鹽性，wrky86突變體在鹽脅迫條件下的存活率提高［65］。這主要?dú)w因于其葉片CAT活性和K+含量增加，MDA含量、相對(duì)電解質(zhì)滲透率、Na+含量降低。

大豆、棉花均是重要的經(jīng)濟(jì)作物，利用耐鹽WRKY基因提高大豆、棉花的耐鹽性對(duì)于農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)、農(nóng)民增收具有重要意義。GmWRKY27基因受鹽、干旱脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了大豆在鹽脅迫條件下的毛狀根數(shù)量和長度，進(jìn)而提高了耐鹽性［66］。這在一定程度上得益于超表達(dá)GmWRKY27基因降低了水稻活性氧含量，提高了脯氨酸含量；且GmWRKY27與GmMYB174互作，二者共同抑制GmNAC29的表達(dá)，而GmNAC29負(fù)調(diào)控脅迫耐受性。類似的，GmWRKY12基因受鹽、干旱脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，在大豆中超表達(dá)該基因促進(jìn)了在鹽、干旱脅迫條件下的毛狀根發(fā)育（根長和數(shù)量增加），提高了葉片脯氨酸含量，降低了MDA含量，進(jìn)而提高了大豆的耐鹽性和抗旱性［67］。另外，紫花苜蓿（Medicago sativa）MsWRKY11基因受鹽、高堿、干旱、低溫、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因不僅提高大豆在營養(yǎng)生長期的耐鹽性，還提高了生殖生長期鹽脅迫條件下的株高、單株莢果數(shù)、單株籽粒數(shù)和百粒質(zhì)量［68］。這主要?dú)w因于超表達(dá)MsWRKY1基因提高了大豆葉片葉綠素、脯氨酸、可溶性糖含量及CAT、SOD活性，降低了相對(duì)電導(dǎo)率及MDA、H2O2、O-2· 含量。綜上，MsWRKY11通過調(diào)控活性氧清除系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來提高大豆的耐鹽性。此外，海島棉（Gossypium barbadense）GbWRKY1基因受鹽、干旱、ABA誘導(dǎo)表達(dá)，負(fù)調(diào)控耐鹽性［69］，可以通過沉默該基因表達(dá)的方式來提高海島棉的耐鹽性。

2.4 園藝作物耐鹽基因工程

番茄（Solanum lycopersicum L.）SlWRKY3基因受鹽、干旱、SA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了番茄在鹽脅迫條件下的葉片相對(duì)含水量、葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度、K+含量、Ca2+含量和抗氧化酶編碼基因［GST（glutathione-S-transferases）、POD］、離子及水轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因（水通道蛋白基因）、防御蛋白編碼基因（PR6）表達(dá)量，降低了Na+含量、電解質(zhì)滲透率、TTC（2，3，5-triphenyltetrazolium chloride）含量，進(jìn)而提高耐鹽性［70］?？梢奡lWRKY3通過調(diào)控滲透勢、活性氧平衡來提高番茄的耐鹽性。類似的，超表達(dá)SlWRKY8基因也提高了番茄的耐鹽性，并提高了其對(duì)假單胞桿菌、干旱的抗性［71］。超表達(dá)SlWRKY8基因番茄耐鹽性和抗旱性的提高主要?dú)w因于滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（脯氨酸）含量、葉綠素含量、抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性及脅迫響應(yīng)基因［SlAREB（ABA response element binding protein）、 SlDREB2A、SlRD29］表達(dá)量提高，H2O2、O-2·、MDA含量降低［71］。綜上，SlWRKY8通過調(diào)節(jié)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、活性氧清除來提高番茄的耐鹽性和抗旱性。另外，超表達(dá)受鹽脅迫誘導(dǎo)表達(dá)的茄子（Solanum melongna L.）SmWRKY40基因提高了茄子的耐鹽性［72］。在鹽脅迫條件下，超表達(dá)SmWRKY40基因茄子生長狀態(tài)更好，株高、葉面積和生長速率均高于野生型對(duì)照，活性氧含量降低，葉綠素含量更高［72］。

地被菊DgWRKY5基因受鹽、H2O2、ABA、GA誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了地被菊在鹽脅迫條件下的根長、氣體交換參數(shù)（凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率）、葉綠素含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖）含量和抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性及一些脅迫相關(guān)基因［DgAPX、DgCAT、DgNCED3A、DgNCED3B、DgCuZnSOD、DgP5CS］的表達(dá)量，降低了H2O2、O-2·、MDA含量，進(jìn)而提高了耐鹽性［73］。類似的，DgWRKY4［74］、DgWRKY2［75］基因均受鹽誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)這2個(gè)基因也均提高了地被菊的耐鹽性。其中，超表達(dá)DgWRKY4基因地被菊耐鹽性的提高主要?dú)w因于其光合能力（凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率）、脯氨酸含量、可溶性糖含量、抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性及一些脅迫相關(guān)基因［DgCuZnSOD、DgCAT、DgAPX、DgP5CS、DgDREB1A、DgDREB2A］的表達(dá)量提高，MDA、H2O2、O-2· 含量降低?？梢奃gWRKY4通過調(diào)控光合系統(tǒng)、活性氧清除系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及脅迫相關(guān)基因的表達(dá)量來提高地皮菊的耐鹽性。超表達(dá)DgWRKY2基因地皮菊耐鹽性的提高主要?dú)w因于其葉片脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素含量和抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性及一些脅迫相關(guān)基因（DgCAT、DgAPX、DgZnSOD、DgP5CS、DgDREB1A、DgDREB2A）表達(dá)量提高，H2O2、O-2·、MDA含量降低。說明DgWRKY2通過提高抗氧化和滲透調(diào)節(jié)能力來提高地皮菊的耐鹽性。另外，杭菊（Chrysanthemum morifolium）CmWRKY17是一個(gè)轉(zhuǎn)錄抑制子，超表達(dá)CmWRKY17基因降低了杭菊的耐鹽性［76］。這主要是因?yàn)槌磉_(dá)CmWRKY17降低了杭菊葉片脯氨酸含量SOD活性、POD活性及一些脅迫相關(guān)基因（AtRD29、AtDREB2B、AtSOS1、AtSOS2、AtSOS3、AtNHX1）的表達(dá)量，提高了電導(dǎo)率?？梢奀mWRKY17負(fù)調(diào)控地皮菊的耐鹽性，可以通過沉默該基因表達(dá)的方式來提高杭菊的耐鹽性。

蘋果（Malus×domestica Borkh.）MdWRKY30基因受鹽、干旱誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了蘋果的耐鹽性，伴隨著提高了一些脅迫相關(guān)基因（MdABI1、MdABF3、MdRD22、MdRD29A、MdDREB1A、MdCAT1、MdSOD1）的表達(dá)量［77］。另外，超表達(dá)香蕉（Musa sapientum）MusaWRKY71基因提高了香蕉在鹽脅迫條件下的葉片光合效率（Fv/Fm），降低了MDA含量和膜損傷程度，進(jìn)而提高了耐鹽性［78］。

2.5 其他植物耐鹽基因工程

蒙古柳（Salix linearistipularis）WRKY28基因受堿性鹽脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，超表達(dá)該基因提高了柳樹對(duì)堿性鹽脅迫的耐受性［79］。這主要得益于超表達(dá)WRKY28基因降低了柳樹葉片H2O2含量，提高了葉綠素含量、光合能力（Fv/Fm）、APX活性及一些脅迫相關(guān)基因［APX、SOD、SPDS（Spermidine synthase）］的表達(dá)量。說明SlWRKY28通過調(diào)控抗氧化酶編碼基因的表達(dá)來提高抗氧化酶活性，進(jìn)而正調(diào)控柳樹對(duì)堿性鹽脅迫的耐受性。相反的，新疆楊（Populus alba var. pyramidalis）PalWRKY77基因負(fù)調(diào)控耐鹽性，超表達(dá)該基因降低了新疆楊的耐鹽性［80］。采用CRISPR/Cas9對(duì)該基因進(jìn)行編輯，Palwrky77突變體葉片脯氨酸、光合色素含量提高，MDA含量和電解質(zhì)滲透率降低，且PalWRKY77調(diào)控PalNAC002、PalRD26基因的表達(dá)，進(jìn)而提高了耐鹽性［80］。綜上，可以通過沉默、突變PalWRKY77基因的方式來提高新疆楊的耐鹽性。類似的，沉默楊樹（Populus simonii×Populus nigra）PsnWRKY70基因表達(dá)也提高了楊樹的耐鹽性［81］。

3 展望

植物的耐鹽性是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)量性狀，受基因型及環(huán)境等多種因素影響。因此，利用傳統(tǒng)育種方法培育耐鹽品種周期較長、效果較差。隨著分子生物技術(shù)的迅速發(fā)展，挖掘優(yōu)異耐鹽基因，通過基因工程技術(shù)提高植物的耐鹽性是一條行之有效的途徑。WRKY是植物特有的在植物生命活動(dòng)中具有重要作用的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控植物生長發(fā)育和對(duì)生物、非生物脅迫的響應(yīng)。目前，利用基因工程技術(shù)已經(jīng)獲得了一批耐鹽性提高的轉(zhuǎn)WRKY基因材料，且有些材料提高了籽粒產(chǎn)量，為植物耐鹽性改良和育種奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，該領(lǐng)域仍存在一些亟待解決的問題。（1）由于耐鹽性是復(fù)雜的數(shù)量性狀，所以轉(zhuǎn)單個(gè)WRKY基因?qū)χ参锬望}性的提高程度有限，大多只能提高營養(yǎng)生長期的耐鹽性，可以提高生殖生長期耐鹽性并提高產(chǎn)量的很少。因此，以后應(yīng)將WRKY基因與其他耐鹽基因尤其是調(diào)節(jié)基因共轉(zhuǎn)化植物，以更好地提高植物的耐鹽性乃至產(chǎn)量。（2）對(duì)于那些提高植物營養(yǎng)生長期耐鹽性的WRKY基因，應(yīng)該進(jìn)一步進(jìn)行生殖生長期耐鹽性鑒定及對(duì)產(chǎn)量的影響情況分析，驗(yàn)證其提高植物耐鹽性程度，以便于后期植物耐鹽性遺傳改良及育種的選擇使用。（3）大部分WRKY基因都是由組成型啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的，組成型超表達(dá)WRKY基因會(huì)引起轉(zhuǎn)基因植株生長緩慢、花期推遲甚至產(chǎn)量降低等不良后果。因此，今后應(yīng)該選擇使用誘導(dǎo)型啟動(dòng)子（如鹽脅迫誘導(dǎo)啟動(dòng)子）或者組織特性啟動(dòng)子（如根特異啟動(dòng)子）來驅(qū)動(dòng)WRKY基因，在提高植物耐鹽性的同時(shí)不會(huì)影響植物的生長發(fā)育。（4）WRKY基因家族成員眾多，不同成員功能不盡相同，即使都能提高植物耐鹽性，其提高耐鹽程度也不盡相同，大部分WRKY調(diào)控植物耐鹽性的機(jī)制研究尚不是很清楚。因此，今后應(yīng)加強(qiáng)WRKY基因功能的進(jìn)一步深入研究，剖析WRKY調(diào)控植物耐鹽性的分子機(jī)制及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

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收稿日期：2022-05-25

基金項(xiàng)目：河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)（編號(hào)：豫財(cái)教［2013］232號(hào)2060503）。

作者簡介：段俊枝（1981—），女，河北滄州人，博士，助理研究員，主要從事作物遺傳育種研究。E-mail：junzhi2004@163.com。

通信作者：卓文飛，博士，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)信息及期刊編輯方面的工作，E-mail：kjcankao@126.com；齊學(xué)禮，博士，副研究員，主要從事小麥遺傳育種研究，E-mail：xueliqi888@163.com。