小麦是全球干旱、半干旱地区的主要粮食作物，保障旱区小麦安全高效生产，对确保我国乃至世界粮食安全具有举足轻重的地位和作用。但是，随着全球气候变化，小麦生产受到非生物胁迫危害日益严重，其中干旱胁迫已经成为制约小麦高效生产的主要非生物逆境因子。因此，挖掘小麦抗旱基因、揭示小麦抗旱调控机理，对于小麦抗旱遗传改良、培育抗旱小麦新品种具有重要意义。植物对逆境胁迫的耐受性通常是以牺牲生长或产量为代价的，这种生长-防御平衡在植物中普遍存在，但其调控因子及作用机理仍不清晰，如何协调抗逆与产量的平衡关系是作物抗逆遗传改良面临的重要问题。
2023年12月11日，我校在知名期刊 The Plant Cell 在线发表题为“The E3 ligase TaGW2 mediates transcription factor TaARR12 degradation to promote drought resistance in wheat”的研究论文，该研究揭示了泛素E3连接酶TaGW2介导TaARR12泛素化降解调控小麦抗旱性的分子机制。
作为RING-finger类型的E3泛素连接酶，TaGW2在调控小麦籽粒大小和粒重中的功能已经得到了广泛的研究，但是其是否参与调控小麦逆境胁迫应答及其在胁迫响应与小麦产量平衡中的作用仍然未知。该研究通过对 TaGW2 过表达小麦株系、沉默株系、 tagw2 基因编辑材料进行抗旱性鉴定发现， TaGW2 过表达能够通过促进植株气孔关闭，提高水分利用效率，进而显著增强小麦抗旱性；而 TaGW2 基因沉默和 tagw2 基因编辑则降低了小麦水分利用效率和抗旱性。进一步通过TaGW2酵母双杂交文库筛选，并结合 tagw2 敲除突变体的泛素化组和蛋白质组分析，鉴定到了与TaGW2互作的重要蛋白TaARR12。体外和体内泛素化实验表明，TaGW2可通过26S蛋白酶体途径介导TaARR12的泛素化降解。通过构建并鉴定 TaARR12 过表达和沉默小麦株系的抗旱性，结果发现TaARR12可抑制植株气孔开度，降低水分利用效率，进而负调控小麦抗旱性。此外，利用DNA亲和纯化测序（DAP-seq）和转录组测序（RNA-seq）发掘了TaARR12结合的顺式作用元件和下游调控靶基因，并进一步阐明了TaARR12通过结合细胞分裂素响应元件（Cytokinin Response Element，CRM），抑制 TaABF2 、 TaABI5 等逆境胁迫响应基因的表达，从而负调控小麦抗旱性。在此基础上，利用 tagw2 基因编辑材料创制了 TaARR12 沉默小麦株系，表型鉴定发现敲除 tagw2 并沉默 TaARR12 可协同改良小麦抗旱性和产量。以上研究为小麦生长-防御平衡提供了重要的理论依据，为小麦抗逆遗传改良提供了重要的基因资源和方案。
我校康振生院士和环球360手机版登录毛虎德研究员为该论文的通讯作者，研究生李淑敏、张译方、刘玉玲为论文的共同第一作者。作物抗逆与高效生产全国重点实验室为文章完成提供了技术支持。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省杰出青年科学基金等项目的资助。
原文链接：
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad307/7469087?searchresult="1
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