番茄抗旱新机制：SlWRKY16-CIP2b-SlSYP121调控模块研究解析

干旱胁迫是严重影响植物生长和粮食生产的主要非生物胁迫因素。随着全球气候变化加剧，极端干旱事件频发，对作物产量和品质造成严重威胁。番茄作为全球广泛种植的重要蔬菜和水果作物，具有显著的经济价值，但大多数栽培番茄品种对干旱胁迫敏感。

WRKY转录因子家族在植物响应非生物胁迫中发挥重要作用。本研究通过对455份番茄种质材料的全基因组SNP数据分析，发现了一个与番茄抗旱性密切相关的自然SNP突变（SNP670），该突变导致SIWRKY16蛋白发生截短。研究进一步揭示了SIWRKY16-CIP2b-SISYP121模块调控番茄抗旱性的分子机制。

实验思路与方法

本研究以455份番茄种质为材料，结合全基因组SNP分析、基因编辑（CRISPR/Cas9）、遗传转化、分子互作验证、转录组测序（RNA-seq）、生理指标检测等技术，从自然变异位点鉴定→基因功能验证→互作蛋白筛选→下游靶基因挖掘→调控模块解析层层递进，最终揭示番茄抗旱的分子机制，具体技术路线如下：

1）全基因组SNP分析定位SlWRKY16的抗旱关联突变位点SNP670；

2）构建SlWRKY16的CRISPR敲除株系和过表达株系，结合模拟干旱、土壤干旱处理，验证基因抗旱功能；

3）酵母双杂（Y2H）筛选SlWRKY16互作蛋白，通过BiFC、Co-IP、LCI验证体内外互作；

4）构建CIP2b敲除株系及cip2b/slwrky16双突变体，分析单/双突变体的抗旱表型，明确二者的调控关系；

5）对突变体和野生型进行干旱处理后的RNA-seq，筛选共调控下游靶基因；

6）利用Y1H、EMSA、双荧光素酶报告系统验证SlWRKY16与靶基因SlSYP121的直接调控关系；

7）VIGS沉默SlSYP121，验证其抗旱功能；

8）检测ROS积累、抗氧化酶（SOD/POD/CAT）活性、MDA含量等生理指标，结合分子实验解析SlWRKY16-CIP2b-SlSYP121模块的抗旱调控机制。

本研究中用到的CRISPR/Cas9基因编辑、番茄遗传转化核心技术，我司均可提供专业的技术服务，覆盖大豆、小麦、番茄、烟草、玉米等多种作物。

主要研究结果

3. SISYP121正调控番茄抗旱性

通过RNA-seq、Y1H、EMSA和双荧光素酶报告系统等实验证实，SISYP121是SIWRKY16的直接靶基因——SIWRKY16可结合其启动子并抑制其表达，而截短型SIWRKY16蛋白丧失此结合能力。SISYP121通过调控活性氧清除酶（SOD/POD）活性，正向调控抗旱性。

4. SIWRKY16-CIP2b-SISYP121调控模型

在栽培番茄中，全长SIWRKY16抑制SISYP121表达，导致活性氧清除能力弱、抗旱性差；在野生番茄中，SNP突变导致截短SIWRKY16丧失功能，SISYP121表达解除抑制，活性氧清除能力强、抗旱性增强。此外，CIP2b与SIWRKY16互作可解除其对SISYP121的抑制，协同调控番茄抗旱性。

图8. SIWRKY16-CIP2b-SISYP121调控模型

研究意义

• 理论创新：鉴定出番茄SlWRKY16的抗旱关联自然变异SNP670，揭示了野生番茄抗旱性的关键遗传基础；证实SlWRKY16为番茄抗旱的负调控因子，CIP2b和SlSYP121为正调控因子，丰富了植物WRKY、NF-Y家族转录因子的抗逆功能研究；
• 育种价值：鉴定出与抗旱性相关的关键SNP位点，为番茄抗旱育种提供了关键基因靶点，可通过基因编辑、过表达等遗传改良手段培育抗旱番茄新品种；
• 应用前景：该调控模块的解析为其他作物（如辣椒、茄子等茄科作物，或玉米、大豆等大田作物）的抗旱遗传改良提供了参考思路和分子模型，具有广泛的作物抗逆改良应用价值。

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