近日，农学院2023级硕士研究生丁晓萍以第一作者身份在国际知名期刊《Theoretical and Applied Genetics》上发表题为《Genetic variants of OsWRKY70 modulate ROS levels to improve rice stress adaptation》的研究论文。该研究系统揭示了水稻转录因子OsWRKY70通过遗传变异调控活性氧（ROS）水平，从而帮助水稻应对冷害和盐胁迫的分子机制，为水稻抗逆育种提供了新的理论依据和基因资源。

1、OsWRKY70：植物逆境响应中的关键调控因子

OsWRKY70是WRKY转录因子家族Group I中对非生物胁迫响应最快的成员之一。通过对202份水稻核心种质资源的分析，研究共鉴定出OsWRKY70基因中的5个关键非同义SNP位点，并据此划分出三种主要单倍型：OsWRKY70^HapI、OsWRKY70^HapII和OsWRKY70^HapIII。

其中，OsWRKY70^HapI单倍型（代表品种：日本晴、中花11）表现出对冷害和盐胁迫的双重耐受性；而OsWRKY70^HapII单倍型（代表品种：广湘24S）虽然在耐盐性方面显著增强，但对低温胁迫则更加敏感。研究表明，OsWRKY70^HapI在寒冷环境中表现出较强的适应能力，而OsWRKY70^HapI和OsWRKY70^HapII两个单倍型均可显著提升水稻的耐盐性（图1a-b）。

进一步分析发现，OsWRKY70的+270（A/C）和+296（T/G）两个关键非同义突变位点与水稻的耐寒性密切相关。其中，OsWRKY70^HapI型（270A-296T）和OsWRKY70^HapII型（270C-296G）在蛋白质结构上存在显著差异（图1c）。通过AlphaFold结构预测发现，OsWRKY70^HapI和OsWRKY70^HapII的蛋白构象差异明显：在OsWRKY70^HapI中，氨基酸残基+90I和+99I更靠近WRKY结构域中的β折叠区（该区域是识别并结合下游基因启动子的关键结构）；而在OsWRKY70^HapII中，这两个残基位置（+90M、+99T）远离β折叠区（图1d）。这种空间结构上的差异可能导致OsWRKY70^HapI在调控下游抗逆基因时具有更强的DNA结合亲和力，从而赋予植物更优越的抗逆能力。

图1. OsWRKY70单倍型在水稻核心种质资源群体中对盐和低温逆境的响应

2、OsWRKY70提升抗寒抗盐的效果

在转基因水稻中，通过过表达OsWRKY70^HapI单倍型，研究发现这些转基因水稻在低温条件下具有较高的存活率。其抗寒性提升的原因在于ROS清除活性增强，细胞膜稳定性提高。与此相比，OsWRKY70^HapII虽然在耐盐性方面表现出色，但对寒冷胁迫较为敏感，这也表明不同单倍型在应对不同胁迫时存在一定的“权衡”关系（图2）。

图2.OsWRKY70^HapI耐盐耐低温；而 OsWRKY70^HapII耐盐、低温敏感

3、OsWRKY70调控水稻耐逆的分子机制

OsWRKY70^HapI通过上调抗氧化基因OsMYB4，显著提高ROS清除能力，减少氧化损伤，从而增强耐冷性；而OsWRKY70^HapII则上调ABA代谢主要基因OsABA8ox1，削弱ROS清除能力，导致冷敏感性增加。OsWRKY70^HapI和OsWRKY70^HapII两种单倍型均能上调耐盐基因OsMYB21和OsAMTR1的表达，维持ROS平衡和离子稳态，从而显著提升耐盐性（图3）。该研究填补了WRKY转录因子在ROS平衡与胁迫适应机制中的知识空白；OsWRKY70^HapI单倍型可作为分子标记，用于培育兼具耐冷和耐盐特性的水稻新品种。研究成果为应对全球土壤盐碱化和极端气候挑战提供了新思路，对保障粮食安全具有重要意义。

图3. OsWRKY70调控水稻耐受逆境的分子机制

农学院2023级硕士研究生丁晓萍和2021级已毕业硕士程功叶为该文的共同第一作者，湖南农大刘次桃副教授为通讯作者；湖南女子学院段美娟研究员，杂交水稻全国重点实验室袁定阳研究员为共同通讯作者。该研究得到国家耐盐碱水稻技术创新中心项目（2022PT1005），国家自然科学基金项目（32272050，U21A20208)，湖南省科技创新计划（2021NK1012, 2023NK1010）以及长沙市科技项目（kq2402111）的资助。

原文链接：http://doi.org/10.1007/s00122-025-04953-5

通讯员：刘次桃