近日，New Phytologist在线发表了浙江大学农业与生物技术学院周杰课题组题为“A single nucleotide polymorphism in WRKY33 promoter is associated with the cold sensitivity in cultivated tomato”的研究论文。文章报道了栽培番茄转录因子WRKY33启动子中关键W-box发生核苷酸变异，导致低温胁迫下WRKY33无法实现自转录调控和蛋白积累，从而无法激活下游冷相关信号通路，一定程度上导致栽培番茄的冷敏感性。该研究揭示了转录因子WRKY33参与调控番茄耐冷性的分子机制并阐明了顺式调控元件的核苷酸多态性与作物进化过程中抗逆性差异息息相关。
除了基因功能影响作物抗性外，基因表达也是作物性状形成的基本分子机制。近年来，随着各种植物基因组测序的开展，越来越多的全基因组关联研究 (GWAS) 表明，非编码区顺式调控区域变异引起的基因表达变化也是导致作物进化和驯化过程中抗逆性差异的重要原因。顺式调控区域的自然变异通常通过改变基因表达影响作物表型。然而，启动子变异如何影响基因表达以及作物抗逆性的机制仍然知之甚少。因此，本研究以课题组近年来对野生多毛番茄的重测序及转录组测序等研究工作为基础，进一步解析了基因顺式调控区的核苷酸多态性对栽培和野生番茄植株的不同冷敏感性的影响等重要问题。
本研究通过对栽培番茄及其野生近缘种的RNA-Seq数据分析和RT-qPCR验证，揭示了WRKY33在冷敏感的栽培番茄(Solanum lycopersicum L. cv Ailsa Craig, AC)中低温下表达几乎没有变化，而在耐寒的野生多毛番茄(Solanum habrochaites LA1777)和潘那利番茄(Solanum pennellii LA0716)中被低温显著诱导表达。过表达SlWRKY33或ShWRKY33均可增强栽培番茄的抗冷性。进一步通过转录调控实验及构建6种不同启动子和基因组合的转基因番茄植株发现，栽培番茄SlWRKY33启动子中关键W-box发生单核苷酸变异导致低温胁迫下其自我转录调控功能丧失。此外，研究人员对272栽培番茄及其野生近缘种进行了该关键W-box的核苷酸多态性分析。他们发现，所有的栽培番茄、樱桃番茄和醋栗番茄都存在这一关键W-box的核苷酸序列变异，而包括多毛番茄、潘那利番茄和智利番茄在内的野生近缘种保留了该关键的W-box。因此，推测该关键W-box的核苷酸变异发生在醋栗番茄的进化过程中，并在樱桃番茄和栽培番茄中保留。
结合RNA-seq和ChIP-seq数据分析表明，SlWRKY33直接靶向并诱导多种激酶、转录因子和分子伴侣基因，如CDPK11、MYBS3和BAG6，从而增强番茄植株抗冷性。此外，研究还发现热胁迫和灰霉菌侵染诱导栽培番茄WRKY33的表达与该W-box变异无关。
综上所述，该研究为阐明转录因子WRKY33参与调控番茄耐冷性的分子机制和耐冷番茄的改良提供了的理论依据和新的基因位点资源。同时，该研究阐明了基因顺式调控区域的核苷酸多态性是作物进化过程中基因转录差异的重要原因，为解析转录修饰与表型多样性之间的复杂关系提供了基础。
浙江大学农业与生物技术学院硕士研究生郭明月为本文第一作者，周杰教授为通讯作者，论文撰写和修改过程中得到喻景权院士、卢钢教授和塞浦路斯理工大学Vasileios Fotopoulos教授的帮助和支持。研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
