《Journal of Advanced Research》：A Poaceae-specific DREB-A6 transcription factor TaDREB26-B regulates ABA responses and enhances drought stress tolerance in wheat
编辑推荐：
为应对小麦生产中干旱胁迫带来的挑战，华中科技大学的研究团队聚焦禾本科特异性DREB-A6转录因子分支，深入探究了TaDREB26-B调控脱落酸（ABA）信号通路以增强小麦抗旱性的分子机制。通过正向和反向遗传学手段，研究证实过表达TaDREB26-B可显著提高小麦的抗旱性，并解析了其通过直接激活关键转录因子TaABF2来增强ABA信号的调控网络。该研究为通过分子育种改良小麦抗逆性提供了新的靶点和理论依据。
在粮食安全与气候变化双重挑战下，全球小麦生产正面临日益严峻的干旱威胁。作为世界上最重要的粮食作物之一，小麦的产量稳定性直接关系到亿万人口的生计。然而，干旱胁迫会导致小麦生理代谢紊乱、光合作用受阻、产量锐减，严重制约着农业的可持续发展。为了培育抗旱新品种，科学家们一直致力于发掘能够赋予小麦抗旱能力的关键基因，并解析其背后的分子机制。在植物应对逆境的复杂网络中，有一类名为脱水响应元件结合蛋白（DREB）的转录因子扮演着“指挥官”的角色，它们能够感知环境信号并启动一系列抗逆基因的表达。其中，DREB-A6亚家族成员在禾本科作物中尤为特别，但其在小麦抗旱中的具体功能与调控机制仍是一片亟待探索的领域。近期，由华中科技大学团队完成的一项研究，成功鉴定了一个名为TaDREB26-B的禾本科特异性DREB-A6转录因子，并系统揭示了其通过精细调控脱落酸（ABA）信号通路来增强小麦抗旱性的全新机制，相关成果发表在《Journal of Advanced Research》上。
为了深入探索TaDREB26-B的功能，研究者们综合运用了多种现代分子生物学与遗传学技术。在基因鉴定与生物信息学分析阶段，他们利用定量性状位点（QTL）共定位分析和公共RNA测序（RNA-seq）数据挖掘候选基因，并通过系统发育分析明确了TaDREB26-B在DREB-A6进化枝中的位置。在功能验证方面，研究构建了TaDREB26-B的过表达（OE）和人工微RNA（amiRNA）沉默载体，分别通过农杆菌介导法和基因枪法转化拟南芥和小麦，获得了转基因植株。表型分析包括对转基因和野生型植株进行干旱胁迫处理、外源ABA处理，并检测存活率、生理指标（如H2O2、MDA含量和抗氧化酶活性）以及农艺性状。在分子机制解析层面，研究采用了亚细胞定位、转录自激活活性检测、酵母单杂（Y1H）、双荧光素酶报告基因（LUC）和凝胶迁移阻滞（EMSA）等实验，验证了TaDREB26-B与下游靶基因启动子的直接互作。此外，还对过表达株系和野生型进行了转录组测序，通过差异表达基因（DEG）和基因本体（GO）富集分析，在全基因组水平上揭示了TaDREB26-B的调控网络。
TaDREB26同源基因与多个干旱相关QTL区域共定位
研究人员首先将小麦基因组中所有的DREB基因与已知的干旱相关QTL区间进行共定位分析。结果显示，TaDREB26-A和TaDREB26-B的基因组位置分别与多个已报道的干旱相关QTL区域重叠。进一步分析这些QTL区间内基因在干旱胁迫下的表达谱，发现TaDREB26-A和TaDREB26-B在干旱处理1小时后表达量即迅速上调，结合其DREB转录因子的功能注释，使其成为强有力的抗旱候选基因。
TaDREB26-B属于禾本科特有的DREB-A6系统发育分支，并对干旱胁迫特异响应
通过对11个代表性陆生植物物种的DREB-A6蛋白进行系统发育分析，研究者发现DREB-A6成员可分为三个分支，其中分支3为禾本科所特有，TaDREB26-B正位于此分支中。表达模式分析表明，TaDREB26-B在叶片中表达量最高，且能被干旱、PEG模拟的渗透胁迫以及外源ABA快速且显著地诱导表达。蛋白定位和转录自激活实验证实，TaDREB26-B是一个定位于细胞核的转录激活因子，其转录激活域位于C端。
TaDREB26-B正向调控小麦和拟南芥的干旱响应
为了验证TaDREB26-B的功能，研究团队在拟南芥和小麦中构建了过表达TaDREB26-B的转基因植株。在拟南芥中，过表达株系在干旱处理后的存活率显著高于野生型，离体叶片失水更慢，并且对ABA诱导的气孔关闭更为敏感。在小麦中，过表达株系同样表现出更强的抗旱性，干旱胁迫后的幼苗存活率更高，叶片中活性氧（H2O2）和膜脂过氧化产物（MDA）的积累更少，而过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性更高。相反，利用人工微RNA技术部分沉默TaDREB26-B的小麦株系则表现出抗旱性下降。这些结果从正反两方面证明了TaDREB26-B是小麦抗旱性的一个正向调节因子。
比较转录组分析揭示TaDREB26-B过表达重编程了ABA感知与信号传导以增强抗旱性
通过对TaDREB26-B过表达小麦株系和野生型进行RNA测序，研究者发现在正常和干旱条件下，过表达株系中有数千个基因的表达发生了改变。基因本体富集分析显示，这些差异表达基因显著富集在ABA生物合成、ABA介导的信号通路、水运输、光合作用等相关通路。特别值得注意的是，多个ABA信号通路的核心组分基因表达发生了改变：多个ABA受体基因（TaPYLs）被上调，而多个A类蛋白磷酸酶2C基因（TaPP2Cs，ABA信号的负调控因子）被下调。进一步与已发表的TaABF2、TaPYL1和TaPYL4过表达株系的转录组数据比较，发现TaDREB26-B调控的基因集合与这些已知的抗旱正调控因子所调控的基因集合存在显著重叠，提示TaDREB26-B可能通过调控这些关键因子来发挥作用。
TaDREB26-B通过ABA信号通路调控干旱响应
生理实验发现，无论是在拟南芥还是小麦中，TaDREB26-B过表达植株都对外源ABA表现出更高的敏感性，其种子萌发和幼苗生长受到更强烈的抑制。分子机制探索表明，在拟南芥中，TaDREB26-B能够直接结合并激活ABA信号通路的关键转录因子AtABI4的启动子。在小麦中，研究者将目光投向了ABA响应元件结合因子（ABF）。他们发现TaDREB26-B能够直接结合到TaABF2基因启动子区的DRE顺式元件上，并激活其表达。双荧光素酶报告实验和EMSA实验均证实了这一直接调控关系。有趣的是，另一个ABF家族成员TaABF3则能够结合到TaDREB26-B自身的启动子上，抑制其表达。这就形成了一个精细的反馈调控模块：TaDREB26-B激活TaABF2以放大ABA信号，而TaABF3则抑制TaDREB26-B的表达，从而防止信号过度放大，实现稳态调节。
TaDREB26-B过表达提高了小麦成熟期的抗旱性
最后，研究评估了TaDREB26-B过表达对小麦成熟期及产量性状的影响。在正常供水条件下，过表达株系的总产量和单株产量略低于野生型，表现出一定的生长抑制。然而，在遭受干旱胁迫时，过表达株系的存活率显著高于野生型。尽管干旱导致所有植株减产，但过表达株系的穗长、单穗粒数、单株粒数和单株产量在干旱条件下的下降幅度相对更小，或者说其保产能力更强。这表明，虽然本底表达TaDREB26-B可能会轻微影响最佳条件下的生长，但在遭遇干旱逆境时，它能显著提高植株的生存能力和产量稳定性，在“生存”与“生产”之间实现了更有利的平衡。
本研究首次系统鉴定并功能解析了一个禾本科特异性的DREB-A6亚族转录因子TaDREB26-B。研究结果表明，TaDREB26-B是一个受干旱和ABA快速诱导的转录激活因子，其过表达能通过增强ABA信号通路和抗氧化能力，显著提高小麦的抗旱性。在分子机制上，TaDREB26-B通过直接激活下游关键转录因子TaABF2来放大ABA信号，而TaABF3又对TaDREB26-B形成反馈抑制，构成了一个精细调控环路。这项工作不仅为小麦抗旱遗传改良提供了一个极具潜力的候选基因，而且深化了我们对禾本科作物中DREB转录因子如何通过ABA信号网络协调干旱响应与生长发育的理解。所揭示的TaDREB26-B-TaABF2调控模块，为未来设计抗旱且高产稳产的小麦新品种提供了新的分子靶标和理论依据。
