近日，中国热带农业科学院与福建农林大学的科研团队在国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》发表最新研究成果，首次阐明了ScWRKY2 基因负调控甘蔗黑穗病抗性的分子机制，为甘蔗抗病育种提供了关键基因资源和理论支撑。
甘蔗作为我国重要的糖料和能源作物，其产业发展长期受黑穗病威胁。由黑粉菌（Sporisorium scitamineum）引发的甘蔗黑穗病，会造成蔗茎减产、蔗糖品质下降，是制约甘蔗产业健康发展的 “顽疾”。
一、锁定关键基因：ScWRKY2 的 “特殊表达模式”
WRKY 转录因子是植物应对病原菌侵染的核心调控因子，其家族成员通过结合靶基因启动子的 W-box 元件，激活或抑制下游免疫通路。研究团队通过前期转录组数据分析发现，在黑穗病抗性和感性甘蔗品种中，ScWRKY2 基因的表达趋势截然相反：在抗病品种中该基因显著下调，而在感病品种中则明显上调。进一步的分子特征分析显示：（1）序列特征：ScWRKY2 编码 320 个氨基酸，含有典型的 WRKY 结构域，与水稻 OsWRKY76 的氨基酸相似度达 67.97%，属于 WRKY 家族 IIa 亚组；（2）亚细胞定位：该蛋白定位于细胞核，且无转录自激活活性；（3）组织与诱导表达：ScWRKY2 在甘蔗根和芽中表达量最高，在茎髓中最低；受水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MeJA）等激素诱导后，3 小时内表达量可飙升至对照的 29-46 倍，暗示其参与植物激素介导的免疫应答。
2. 过表达 ScWRKY2 显著降低甘蔗抗病性
为明确 ScWRKY2 的抗病功能，科研人员开展了转基因实验：
（1）模式植物验证：在本氏烟中过表达 ScWRKY2 后，植株接种疫霉菌 2 天即出现明显水渍状病斑，DAB 染色显示叶片内 H₂O₂积累量显著增加，病斑面积为野生型的 1.58-2.31 倍；（2）甘蔗转基因实验：将 ScWRKY2 过表达载体导入感病品种 ROC22，获得 15 株阳性转基因植株。接种黑粉菌后，3 个高表达株系（#OE1-#OE3）的发病率为野生型的 3.83-4.67 倍，植株高度显著降低，且体内黑粉菌含量远高于野生型；（3）生理指标变化：接种后野生型甘蔗的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性显著高于转基因株系，而这两种酶是植物清除活性氧、抵御病原菌的核心抗氧化酶。上述结果证实，ScWRKY2 是甘蔗黑穗病抗性的负调控因子。
三、靶标锁定：直接抑制免疫关键基因 ScLRR-RLK
为解析 ScWRKY2 的调控通路，团队结合转录组测序（RNA-seq）和 DNA 亲和纯化测序（DAP-seq）进行联合分析：（1）通路富集：转录组差异基因（DEGs）显著富集于 MAPK 信号通路、植物 - 病原菌互作通路；DAP-seq 则发现 ScWRKY2 可特异性结合靶基因启动子的 W-box 元件（核心序列 TTGAC [T/C]）；（2）核心靶基因筛选：通过交叉分析，鉴定到 59 个同时受 ScWRKY2 转录调控和直接结合的基因，其中ScLRR-RLK（富亮氨酸重复类受体激酶）为关键免疫相关靶标；（3）调控机制验证：EMSA 实验证实 ScWRKY2 可体外结合 ScLRR-RLK 启动子的 W-box 元件；双荧光素酶报告实验显示，ScWRKY2 能显著抑制 ScLRR-RLK 的转录活性；本氏烟瞬时过表达 ScLRR-RLK 可增强植株抗病性，并诱导 ROS 清除基因（NbCAT1、NbGST1）上调表达。这表明 ScWRKY2 通过直接抑制免疫受体基因 ScLRR-RLK 的表达，削弱了甘蔗的基础免疫应答。
四、蛋白互作：与 ScPsbP 协作调控 ROS 稳态
除了转录调控，蛋白互作也是基因功能的重要实现方式。团队通过酵母双杂交文库筛选，发现 ScWRKY2 可与叶绿体蛋白ScPsbP互作：（1）ScPsbP 的分子特征：该蛋白含 PsbP 结构域，定位于叶绿体，在甘蔗 + 1 叶中表达量最高，是光合系统 II（PSII）的重要亚基；（2）互作验证：分子对接、酵母双杂交、双分子荧光互补（BiFC）、Pull-down 及 Co-IP 实验，从体外到体内证实了二者可在细胞核中形成复合物；（3）协同调控效应：在本氏烟中共同过表达 ScWRKY2 和 ScPsbP 后，植株接种疫霉菌的病斑更严重，H₂O₂积累量显著增加，且 ROS 清除基因（NbCAT1、NbGST1）表达量显著下调。这说明二者协作可通过调控 ROS 稳态，进一步降低植物抗病性。
五、调控模型：ScWRKY2 的 “双重抑制” 抗病通路
综合以上研究，团队提出 ScWRKY2 调控甘蔗黑穗病抗性的分子模型：当黑粉菌侵染甘蔗时，ScWRKY2 一方面结合 ScLRR-RLK 启动子的 W-box 元件，抑制其表达，削弱植物对病原菌的识别与信号转导；另一方面与叶绿体蛋白 ScPsbP 互作，诱导 ROS 清除基因表达，维持细胞内 ROS 稳态，抑制 ROS 介导的抗病防御反应，最终导致甘蔗对黑穗病的敏感性显著提升。
六、研究意义：为甘蔗抗病育种提供新方案
该研究首次揭示了 WRKY 转录因子调控甘蔗黑穗病抗性的 “转录抑制 + 蛋白互作” 双重机制，不仅丰富了植物抗病分子调控网络的理论体系，还为甘蔗抗病育种提供了关键靶点：基因编辑靶点：可通过 CRISPR/Cas9 技术敲除 ScWRKY2，或增强 ScLRR-RLK 的表达，培育高抗黑穗病品种；信号通路应用：利用 ROS 稳态调控机制，结合抗氧化酶活性筛选，辅助抗病材料鉴定。未来，随着更多抗病基因的挖掘与验证，甘蔗分子育种将实现 “精准抗病”，为保障我国糖料安全提供技术支撑。
