CsWRKY42-CsDREB2B调控轴通过茉莉酸生物合成和抗氧化防御增强茶树的耐寒性

《Horticultural Plant Journal》：CsWRKY42- CsDREB2B Regulatory Axis Enhances Chilling Tolerance in Tea Plants through Jasmonic Acid Biosynthesis and Antioxidant Defense

本研究揭示了茶树应对低温胁迫的新机制。研究人员发现CsWRKY42转录因子能够直接激活CsDREB2B和CsAOS基因的表达，从而协同调控茉莉酸(JA)生物合成和抗氧化防御系统，显著提升茶树的耐寒性。该研究不仅阐明了WRKY-DREB-JA信号轴在茶树冷适应中的核心作用，还开发了可用于抗寒育种的功能分子标记，为培育耐寒茶树品种提供了重要理论依据和技术支撑。

　　

低温胁迫严重制约茶树生长和茶叶生产，作为起源于热带/亚热带地区的多年生作物，茶树对低温特别敏感，冬季和早春的寒害常导致茶叶产量和品质显著下降。随着气候变化加剧，极端低温事件频发，解析茶树耐寒机制、培育抗寒品种已成为茶产业可持续发展的迫切需求。

传统研究已知茉莉酸(JA)在植物逆境响应中发挥重要作用，低温能够激活JA生物合成基因(如AOS)的表达，进而通过COI1-JAZ信号通路调控ICE-CBF转录级联反应，增强植物的冷适应能力。然而，在茶树中，JA信号如何与抗氧化防御等途径协同作用、转录因子如何精细调控这一过程，这些关键科学问题尚未得到系统阐释。

为了揭示茶树耐寒的分子机制，湖南农业大学茶学教育部重点实验室的研究团队在《Horticultural Plant Journal》上发表了一项创新性研究。他们整合生理学、转录组学、代谢组学和分子生物学等多学科技术手段，发现了一个全新的CsWRKY42-CsDREB2B调控模块，该模块通过协调JA生物合成和抗氧化防御通路，共同赋予茶树耐寒性。

研究团队采用的主要技术方法包括：基于'保靖黄金茶1号'茶树的低温处理实验体系，整合转录组测序与加权基因共表达网络分析(WGCNA)筛选关键调控因子，通过转基因拟南芥和茶树基因沉默技术进行功能验证，利用酵母单杂交(Y1H)、双荧光素酶报告基因(DLR)和凝胶阻滞迁移(EMSA)等分子互作检测技术阐明转录调控机制，并开发dCAPS分子标记用于种质资源筛选。

3.1. LT stress induces phenotypic and physiological changes in tea leaves

低温处理导致茶树叶片出现脱落、变暗和萎蔫等表型变化。生理检测发现光合效率(F_v/F_m)显著降低，相对电解质泄漏增加，叶绿素a和b含量下降而叶绿素a/b比值升高。显微结构分析显示低温处理的叶片栅栏组织紊乱，海绵组织严重破坏。生化分析表明游离氨基酸和可溶性糖含量增加，而茶多酚含量降低，超氧化物歧化酶(SOD)活性显著升高。

3.2. Exogenous MeJA enhances cold tolerance in tea plants

外源茉莉酸甲酯(MeJA)处理显著减轻了低温胁迫造成的叶片损伤，提高了光合效率，降低了丙二醛(MDA)含量，增强了SOD和过氧化物酶(POD)活性。qRT-PCR分析显示MeJA处理上调了CsAOS、CsDREB2B和CsWRKY42基因的表达，证实JA在茶树耐寒性中起关键作用。

3.3. Multi-omics integration and WGCNA identify a JA-associated module and key regulators

转录组和代谢组KEGG富集分析均显示植物激素信号转导通路在低温胁迫下显著富集。WGCNA鉴定出一个与JA水平强烈正相关的棕色模块，该模块包含CsDREB2B、CsWRKY42和CsAOS等关键基因，它们在低温处理2天时表达达到峰值。

3.4. CsDREB2B overexpression enhances cold tolerance in Arabidopsis

亚细胞定位显示CsDREB2B定位于细胞核。过表达CsDREB2B的拟南芥株系在正常条件下根系生长增强，低温胁迫下存活率提高，叶片损伤减轻，光合效率保持较高水平，MDA含量降低，SOD、POD和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性增强，JA积累增加。同时，抗氧化酶基因(AtPOD、AtSOD)、冷驯化标记基因(AtCOR、AtICE)和JA通路基因(AtAOS、AtJAZ、AtMYC2)表达上调。

3.5. Silencing CsDREB2B increases LT sensitivity in tea plants

沉默CsDREB2B的茶树植株表现出光合效率降低，MDA含量升高，APX、POD和SOD酶活性降低，JA积累减少，冷响应基因表达下调，对低温胁迫的敏感性增强。

3.6. Functional analysis of CsWRKY42 in cold tolerance

过表达CsWRKY42的拟南芥在低温胁迫下损伤减轻，光合效率提高，MDA含量降低，AtDREB2B、AtAOS、AtJAZ和AtMYC2基因表达上调，JA水平升高。相反，沉默CsWRKY42的茶树植株表现出低温敏感性增加，F_v/F_m降低，MDA升高，JA积累减少，CsDREB2B、CsAOS、CsJAZ和CsMYC2基因表达下调。

3.7. Molecular mechanism of CsWRKY42 regulation

分子互作实验证实CsWRKY42直接结合CsDREB2B和CsAOS启动子上的W-box顺式元件，激活其转录。Y1H、DLR和EMSA实验均证明CsWRKY42与这两个基因启动子存在特异性结合。

3.8. Identification of a CsDREB2B allele associated with cold tolerance

研究人员在CsDREB2B基因编码区鉴定出7个非同义SNP，其中Chr7:221282042位点具有最高杂合度。针对该SNP开发的dCAPS标记能够有效区分耐寒型(GG基因型)、敏感型(AA基因型)和杂合型茶树种质，为抗寒育种提供了实用工具。

研究结论表明，CsWRKY42-CsDREB2B调控轴是茶树耐寒性的核心枢纽。低温胁迫诱导CsWRKY42表达，后者直接激活CsAOS和CsDREB2B的转录，一方面促进JA生物合成，通过JAZ-MYC2信号通路增强冷适应；另一方面激活抗氧化防御系统，减轻氧化损伤。这种WRKY-DREB-JA信号的协同调控机制，为理解茶树低温适应提供了新视角。

该研究的重大学术意义在于首次在茶树中阐明了WRKY转录因子通过直接调控DREB和JA生物合成基因来协调耐寒反应的分子机制，突破了传统上认为WRKY和DREB各自独立行使其功能的认知局限。此外，开发的CsDREB2B功能标记为茶树抗寒育种提供了精准选择工具，有望加速耐寒茶树品种的选育进程，对保障茶叶生产稳定性和提升产业抗逆能力具有重要应用价值。