東北地理所在大豆耐旱分子模塊研究中取得重要進展
大豆是全球重要的糧油作物，但干旱脅迫每年導致高達40%的產量損失。隨著氣候變化加劇，培育耐旱大豆新品種已成為保障糧食安全的迫切需求。面對干旱脅迫，植物會通過關閉氣孔、積累滲透調節物質、清除活性氧（ROS）等多層次防御系統來應對逆境。在這些生理響應的背后，轉錄因子扮演著“總開關”的角色，精密調控著大量下游基因的表達網絡。明確轉錄因子間的互作模式，對于突破單一基因利用的局限、推進多基因聯合應用以提升大豆抗旱性，具有重要的育種價值。然而，目前對于大豆中轉錄因子如何通過協同互作來放大防御信號，從而增強耐旱效果，尚缺乏系統認識。
此前，團隊在野生大豆中鑒定到耐旱基因GsWRKY20基因。在此基礎上，利用CRISPR/Cas9基因編輯技術創制了栽培大豆GmWRKY20敲除突變體。GmWRKY20敲除后，大豆耐旱性顯著降低，表明GmWRKY20是大豆抗旱性的關鍵正調控因子。通過酵母雙雜交篩選，鑒定到其互作蛋白GmbZIP9。單獨過表達GmbZIP9能夠提升大豆活性氧清除能力和抗旱水平。GmWRKY20與GmbZIP9共表達可產生顯著的協同增效效應，使植株在干旱脅迫下的存活率明顯提升（圖1）。上位性分析進一步揭示，GmbZIP9的功能發揮依賴于GmWRKY20的存在。GmANKTM21基因（編碼質膜錨蛋白）為GmWRKY20-GmbZIP9復合物的直接下游靶點。GmWRKY20和GmbZIP9形成的異源二聚體，其轉錄激活能力呈現超加性增強效應，驅動GmANKTM21的轉錄水平大幅上調。該研究在大豆中揭示了WRKY與bZIP兩類轉錄因子協同工作的分子模式，突破了傳統單基因育種思路。通過聚合GmWRKY20和GmbZIP9的優異等位基因，有望培育出耐旱性顯著提升的大豆新種質，從而為應對氣候變化所帶來的糧食安全挑戰提供強有力的科技支撐。
圖1. GmWRKY20與GmbZIP9共表達協同增強大豆植株耐旱性
圖2. GmWRKY20與GmbZIP9協同調控大豆耐旱性的分子機制模式圖
研究成果近期發表在植物科學國際頂級期刊Plant Physiology（IF=8.2）上，中國科學院東北地理與農業生態研究所特別研究助理焦爽為第一作者，中國科學院東北地理與農業生態研究所翟紅研究員、劉寶輝特聘研究員與東北農業大學柏錫教授為共同通訊作者。該研究工作得到國家重點研發計劃（2021YFD1201101）、中國科學院東北地理與農業生態研究所青年科學家團隊項目（2022QNXZ05）和黑龍江省重點研發計劃創新基地項目（JD24A011）的資助。
論文信息：Shuang Jiao, Ke Zhao, Xiaohong Liu, Jianing Zhao, Rui Zhao, Yanting Dong, Longji Shan, Jianing Zhao, Huibing Mu, Dandan Guo, Huaiyuan Qi, Jingwen Zhou, Baohui Liu*, Xi Bai*, Hong Zhai*. A GmWRKY20–GmbZIP9 transcriptional module synergistically activates GmANKTM21 to confer drought tolerance in soybean. Plant Physiology, 2026.
DOI:https://doi.org/10.1093/plphys/kiag421
論文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiag421/8715748
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