在早花石楠（Chimonanthus praecox var. concolor）中鉴定出WRKY转录因子，揭示了CpWRKY54在冬季花朵衰老过程中的作用

《Postharvest Biology and Technology》：Identification of WRKY transcription factors in Chimonanthus praecox var. concolor reveals the role of CpWRKY54 in winter flower senescence

C. praecox花衰老的WRKY转录因子调控网络及低温响应机制研究，鉴定74个CpWRKY基因，发现CpWRKY54和CpWRKY42通过调控CpAGL29及下游衰老相关基因影响花衰老，验证过表达加速衰老表型，揭示冬季低温诱导花衰老的分子网络。

　　

刘道峰|黄仁伟|侯琼|杨青|赵家辉|王霞|李峥|李明阳|崔顺照

中国西南大学园艺与景观建筑学院，长江上游农业生物安全与绿色生产重点实验室，重庆花卉工程研究中心，重庆400715

摘要

Chimonanthus praecox是中国的一种传统观赏树种，它在低温条件下于冬季开花，可能具有独特的开花和衰老分子机制。然而，关于C. praecox花衰老的分子网络调控机制的研究仍然有限。研究表明，WRKY家族是调控衰老的最大转录因子之一。在本研究中，从C.praecox var. Concolor基因组中鉴定出了74个CpWRKY家族成员。通过转录组数据库分析发现，在开花和衰老过程中，有31个CpWRKY的表达显著增强。其中，CpWRKY54的表达受到花衰老的显著影响，并且特异性地被低温诱导。此外，CpWRKY54启动子的诱导性与基因表达模式一致。另外，在矮牵牛中过表达CpWRKY54显著加速了花的衰老。酵母双杂交和双分子荧光互补实验表明，CpWRKY54与MADS-box基因AGAMOUS-LIKE 29（CpAGL29）相互作用；而酵母单杂交、双荧光报告基因检测和电泳迁移实验（EMSA）显示CpAGL29是CpWRKY42的上游调控因子。在转基因矮牵牛中过表达CpWRKY42也加速了花的衰老。从基因组中还鉴定出可能与花衰老相关的潜在下游基因，包括其启动子中含有W-box元素的自噬相关基因和衰老相关基因，这些基因可能受到CpWRKY54和CpWRKY42的调控。这一转录调控网络为C. praecox在冬季长时间开花的分子机制提供了新的见解。

引言

衰老是植物生长发育中不可或缺且至关重要的阶段，主要影响叶片、花朵和果实。在切花产业中，花衰老是决定观赏品质和经济价值的关键因素，因为花朵是观赏植物的主要器官。这一器官发育的最后阶段伴随着花瓣脱落或萎蔫、颜色变化以及花香减弱（Guo等，2021；Sun等，2021），并受到植物激素和环境压力等内外部因素的调控。

近年来，控制基因表达和花衰老的转录因子（TFs）的研究受到了广泛关注（Sun等，2021；Lone等，2025）。WRKY家族是最大的转录因子家族之一，参与调控植物衰老、衰老相关基因的表达、果实成熟和花衰老（Guo等，2021；Guo等，2025），已在数百种植物的基因组中被发现。这些转录因子数量众多，广泛参与调控各种植物生长发育过程，如种子发育（Ding等，2014）、髓细胞壁形成（Yang等，2016）、茎伸长（Zhang等，2011）、开花诱导（Yu等，2016；Zhang等，2018）、叶片衰老（Guo等，2017；Gu等，2019）、果实成熟（Liu等，2024a；Wang等，2025）以及生物和非生物胁迫响应（Sheng等，2019；Wei等，2018）。例如，在拟南芥中，AtWRKY57在茉莉酸（JA）和生长素调控途径中起节点作用，通过直接抑制SEN4和SAG12等衰老相关基因的转录来延缓叶片衰老（Jiang等，2014）；而AtWRKY45与DELLA蛋白RGL1相互作用，正向调控由年龄触发的叶片衰老（Chen等，2017）。WRKY家族成员在调控植物花衰老中也起着关键作用。例如，在康乃馨中，DcWRKY75和DcWRKY33参与调控花瓣衰老。DcWRKY75是乙烯信号核心转录因子DcEIL3–1的直接靶基因，还可以与DcEIL3–1共同调控乙烯合成关键基因（DcACS1和DcACO1）和衰老标记基因（DcSAG12和DcSAG29₂O₂信号来调控花瓣衰老。DcWRKY33还可以直接结合ABA合成关键基因（如DcNCED2和DcNCED5）、活性氧（ROS）生成基因DcRBOHB以及DcACS1和DcACO1的启动子区域，激活它们的转录，从而促进康乃馨的花瓣衰老（Wang等，2023）。尽管WRKY家族成员在调控观赏植物花衰老方面很重要，但它们的具体作用机制尚未完全阐明。

Chimonanthus praecox是中国一种传统的珍贵观赏树种，也是一种独特的冬季芳香花卉，广泛用于园艺和切花。随着中国花卉产业的快速发展，对切花的需求逐年增加（Liu等，2024b）。因此，这种具有独特观赏和经济价值的冬季开花植物C. praecox促使研究人员通过鉴定相关基因来研究其花发育、香气和颜色形成以及衰老的分子机制（Aslam等，2020；Zhao等，2020）。例如，C. praecox的扩展蛋白基因CpEXP1的表达与其花的衰老和脱落过程有关（Ma等，2012）。对三个不同开花阶段的转录组分析还鉴定出在C. praecox开花和衰老过程中参与植物激素信号转导的差异表达基因（DEGs）（Liu等，2014）。这些DEGs包括CpWRKY71，它在衰老的花朵和叶片中的表达量高于其他组织。其过表达在拟南芥中促进了开花并加速了叶片衰老。此外，CpWRKY75在不同开花阶段的表达量高于营养组织，而其过表达在拟南芥中导致早花（Huang等，2019；Huang等，2021）。然而，由于C. praecox的花在冬季开放和衰老，其应对低温的分子机制和调控花衰老的机制可能与其他植物不同，需要进一步研究。

随着测序技术的不断发展和改进，已完成三种C.praecox品种的全基因组测序和组装，涵盖了三种C. praecox的色型。这些包括Patens组的红心品种‘H29’（Shang等，2020）、Rubrum组的红花品种‘Hongyun’（Shen等，2021）以及Concolor组的黄色大花品种var. Concolor（Jiang等，2023）。这些数据鉴定了C. praecox生长和发育及抗逆机制的关键基因家族，包括bHLH（Kamran等，2023）、NAC（Yang等，2024）、WOX（Wu等，2025）和PIPs（Ren等，2025）家族成员。此外，还分析了C. praecox中的30个属于MADS box转录因子家族的MIKCC型基因（Hou等，2023）。在其他植物中，这些基因控制开花时间和器官发育。此外，从红心品种C. praecox‘H29’和C. salicifolius的基因组中分别鉴定了73个和85个WRKY转录因子基因（Zou等，2025），通过比较分析为C. praecox中WRKY家族的基因复制和功能进化提供了新的见解。尽管它们很重要，但WRKY转录因子在C. praecox中调控冬季花衰老的分子机制仍不清楚。

因此，我们系统地分析了主要切花品种C. praecox var. Concolor中的WRKY转录因子家族，因为它在冬季具有大而芳香的花朵，并基于转录组数据库对其开花和衰老过程中的基因表达进行了分析。该研究还验证了CpWRKY54对花衰老的调控作用，并探索了其蛋白质分子网络。这些结果为C. praecox var. Concolor中WRKY家族基因提供了全面的基础信息，并为木本植物中它们的分子网络分析提供了新的理论基础。这也加深了对C. praecox在低温下花衰老的分子调控机制的理解，并为C. praecox切花的保存提供了分子靶标。

部分摘要

Chimonanthus praecox中WRKY家族基因的鉴定

C.praecox var. concolor的基因组、注释信息、编码序列（CDS）和蛋白质序列来自中国南京农业大学（http://eplantftp.njau.edu.cn）（Jiang等，2023）。使用Pfam数据库（https://www.ebi.ac.uk/interpro/entry/pfam/#table），通过HMMER V3.0软件利用PF03106索引的隐马尔可夫模型（HMM）搜索了C. praecox var. concolor中所有含有WRKY结构域的蛋白质序列。

CpWRKY基因的染色体位置和重复事件

从C. praecox var. concolor的基因组中鉴定出了74个WRKY转录因子家族成员，分别命名为CpWRKY1至CpWRKY74。这些CpWRKYs的基本特征见补充表S2。

除CpWRKY69、70、71、72、73和74外，所有CpWRKYs都定位在11条染色体上，其中Chr9含有最多的CpWRKYs，包括CpWRKY47、48、49、50、51、52、53、54和56，而Chr8仅含有CpWRKY46. 使用共线性分析获得了这些基因的位置信息。

C. praecox var. concolor中WRKY转录因子家族的特性

WRKY是高等植物中最丰富且功能多样的转录因子家族之一，广泛参与转录调控、植物生长、发育和胁迫响应（Yang等，2025）。此前，已有报道在C. praecox中发现了两个WRKY转录因子CpWRKY71（现命名为CpWRKY42）和CpWRKY75（现命名为CpWRKY7）（Huang等，2019；Huang等，2021）。然而，近年来C. praecox基因组的完成使得鉴定、比较

结论

在C. praecox var. Concolor基因组数据库中，共鉴定出74个WRKY转录因子家族成员，分别命名为CpWRKY1至CpWRKY74。其中，50个成员形成了36对共线基因，在进化过程中存在复制关系。系统发育树将CpWRKYs分为3个组和5个亚组，同一组内的成员在理化性质、保守基序和基因结构上具有高度相似性，但存在显著差异。

资金来源

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：32101575和32572117）、重庆市技术创新与应用发展专项（项目编号：CSTB2023TIAD-KPX0039）以及公开招募博士科研启动资金（编号：GAU-KYQD-2022–21）的资助。

CRediT作者贡献声明

侯琼：正式分析、数据管理。杨青：可视化、正式分析、数据管理。王霞：写作——审稿与编辑、正式分析。赵家辉：可视化、数据管理。李明阳：监督、资源提供。李峥：资源提供、调查。崔顺照：写作——审稿与编辑、监督、资金争取。刘道峰：写作——初稿撰写、方法学设计、调查、资金争取、数据管理、概念构思。黄仁伟：写作——

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。作者声明不存在利益冲突。