IIe组WRKY转录因子PlWRKY29调控草本芍药木质素生物合成与茎秆强度的机制研究

　　本研究针对观赏植物茎秆强度调控机制不明的科学问题，通过分子生物学技术发现芍药PlWRKY29转录因子直接激活木质素聚合基因PlLAC15启动子，正向调控木质素沉积与茎秆机械强度，为作物抗倒伏育种提供了新靶点。

　　

在观赏植物和农作物生产中，茎秆强度是决定植株抗倒伏能力和产量的关键农艺性状。然而，与主要粮食作物相比，观赏植物茎秆强度形成的分子调控机制研究仍处于起步阶段。木质素作为植物细胞壁的重要组分，其沉积程度直接影响茎秆的机械强度，但调控木质素生物合成的转录因子网络在草本芍药等观赏植物中尚未系统解析。

本研究通过筛选芍药茎秆发育相关转录因子，发现IIe组WRKY家族成员PlWRKY29可能参与调控木质素合成通路。为验证其功能，研究团队构建了PlWRKY29过表达烟草模型，发现转基因植株不仅茎秆机械强度显著增强，其维管组织也出现明显扩增，细胞壁增厚且木质素含量大幅提升。相反，在PlWRKY29沉默的芍药植株中则观察到维管发育受阻、细胞壁变薄和木质素沉积减少的表型。

研究人员进一步通过启动子结合实验证实，PlWRKY29能够特异性识别并结合木质素聚合关键基因PlLAC15（编码漆酶15）的启动子区域，直接激活其转录表达。PlLAC15作为催化单木质醇聚合的关键酶，其表达水平上升显著促进了木质素的沉积过程。这一发现首次在草本芍药中建立了WRKY29-LAC15调控模块，阐明了转录因子通过直接调控木质素聚合酶基因影响茎秆强度的分子机制。

关键技术方法

本研究采用烟草异源过表达系统和芍药原生质体基因沉默技术验证PlWRKY29功能；通过组织切片显微观察评估维管结构与细胞壁形态；利用分子互作实验（EMSA和双荧光素酶报告系统）证实PlWRKY29与PlLAC15启动子的直接结合；采用木质素含量测定（乙酰溴法）进行表型定量分析。所有实验材料均来自扬州大学芍药种质资源圃。

PlWRKY29过表达增强烟草茎秆机械强度

通过构建PlWRKY29过表达烟草株系，发现转基因植株茎秆直径、维管面积和细胞壁厚度均显著增加，木质素含量提高32.6%，力学性能测试表明其抗弯曲能力明显增强。

PlWRKY29沉默抑制芍药木质素沉积

在芍药中通过VIGS技术沉默PlWRKY29后，植株表现出茎秆纤细、维管发育不良的表型，木质素含量下降28.4%，证实其正向调控作用的保守性。

PlWRKY29直接激活PlLAC15转录

EMSA实验显示PlWRKY29特异性结合PlLAC15启动子的W-box元件，双荧光素酶报告系统证实其转录激活活性，沉默PlWRKY29导致PlLAC15表达量下降63%。

研究结论与意义

该研究揭示了PlWRKY29通过直接激活PlLAC15表达促进木质素生物合成和茎秆强度的分子机制，不仅为观赏植物茎秆品质改良提供了理论依据，也为农作物抗倒伏育种提供了新的基因资源。论文发表于《Journal of Integrative Agriculture》，研究成果对理解木质素转录调控网络具有重要科学价值。