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Expression analysis of eight WRKY transcription factors in rice leaf growth and disease resistance response

8个WRKY转录因子在水稻叶片生长和抗病过程中的表达分析



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(1): 54 ̄64(2014)
收稿日期: 2013 ̄02 ̄30ꎻ 修回日期: 2013 ̄10 ̄20
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(31171528)
通讯作者: 李莉云ꎬ教授ꎬ主要从事分子生物学研究ꎻ Tel:0312 ̄7528250ꎬ E ̄mail: liliyun@hebau.edu.cnꎻ
刘国振ꎬ教授ꎬ主要从事分子生物学、蛋白质组学研究ꎻ Tel: 0312 ̄7528787ꎬ E ̄mail: gzhliu@genomics.org.cn
第一作者: 史佳楠ꎬ男ꎬ河北保定人ꎬ硕士生ꎬ主要从事植物分子生物学研究ꎻ E ̄mail:shijianan_mbb@126.comꎮ
8个 WRKY转录因子在水稻叶片生长和
抗病过程中的表达分析
史佳楠ꎬ 李莉云∗ꎬ 徐文静ꎬ 关明俐ꎬ 李雪姣ꎬ 牛东东ꎬ
兰金苹ꎬ 窦世娟ꎬ 刘丽娟ꎬ 刘国振∗
(河北农业大学生命科学学院ꎬ 保定 071001)
摘要:WRKY是植物体内最大的转录因子家族之一ꎬ其成员在植物生长发育和抗逆过程中发挥重要作用ꎮ 为了解水稻
WRKY的功能ꎬ本研究利用蛋白质免疫印迹(western blottingꎬWB)技术ꎬ检测了 8 个 WRKY 转录因子在水稻叶片生长和
Xa21介导的抗白叶枯病过程中的表达丰度变化ꎮ 结果表明:OsWRKY12、43、55和 86在苗期表达量较低ꎬ随叶片的生长表
达逐步增加ꎻOsWRKY50和 84在苗期叶片中的表达量相对较高ꎬ成熟期下降ꎻ未检测到 OsWRKY40 / 64 和 52 在叶片中的
表达ꎮ 在 Xa21介导的白叶枯病抗性反应中ꎬOsWRKY40 / 64、50 和 52 受白叶枯病菌诱导表达ꎬOsWRKY84 受侵染后表达
量上调ꎬOsWRKY12、43、55和 86在抗病过程中没有检测到表达丰度的变化ꎮ 进一步比较这些转录因子在抗、感和对照
(Mock)反应中的表达ꎬ发现抗、感反应间蛋白质的表达变化是相似的ꎮ 研究结果提示:OsWRKY12、43、55 和 86 可能在叶
片正常生长中发挥作用ꎻOsWRKY40 / 64和 52可能在水稻 ̄白叶枯病菌互作过程中发挥作用ꎻOsWRKY50和 84则在叶片生
长和抗白叶枯病过程中都有一定的功能ꎮ
关键词:WRKYꎻ 水稻ꎻ 免疫印迹ꎻ 白叶枯病ꎻ 转录因子
Expression analysis of eight WRKY transcription factors in rice leaf growth and
disease resistance response  SHI Jia ̄nanꎬ LI Li ̄yunꎬ XU Wen ̄jingꎬ GUAN Ming ̄liꎬ LI Xue ̄jiaoꎬ
NIU Dong ̄dongꎬ LAN Jin ̄pingꎬ DOU Shi ̄juanꎬ LIU Li ̄juanꎬ LIU Guo ̄zhen  (College of Life Sciencesꎬ Hebei
Agricultural Universityꎬ Baoding 071001ꎬ China)
Abstract: As one of the largest transcription factor families in plantꎬ many WRKY mumbers were reported to
play essential roles in the developmental process and responses to biotic / abiotic stress. To better understand the
function of rice WRKY proteinsꎬ the expression profile of eight WRKY proteins in leaf growth and Xa21 ̄media ̄
ted Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) resistance response was surveyed by western blotting (WB) . The re ̄
sults demonstrated that OsWRKY12ꎬ 43ꎬ 55 and 86 were expressed in a low level at seedling stage and increased
gradually in later stages. OsWRKY50 and 84 were expressed in a high level at seedling stageꎬ while decreased in
the later stages. Howeverꎬ the expression level of OsWRKY40 / 64 and 52 was not detected in rice leaves at all
stages. In the rice ̄Xoo incompatible interactionsꎬ the expression of OsWRKY40 / 64ꎬ 50 and 52 was induced dra ̄
maticallyꎬ and that of OsWRKY84 was also increased. While the expression levels of OsWRKY12ꎬ 43ꎬ 55 and
86 were stable. Comparison analysis among rice ̄Xoo incompatibleꎬ compatible and mock treatments revealed a
parallel expression pattern between the incompatible and compatible interactions. Based on these experimentsꎬ we
postulated that OsWRKY12ꎬ 43ꎬ 55 and 86 might play a role in rice leaf growthꎬ OsWRKY40 / 64 and 52 might
 
  1期     史佳楠ꎬ等:8个WRKY转录因子在水稻叶片生长和抗病过程中的表达分析
be essential in the interaction between rice and Xooꎬ while OsWRKY50 and 84 might be involved in both proces ̄
ses.
Key words: WRKYꎻ riceꎻ western blottingꎻ bacterial blightꎻ transcription factor
中图分类号: S432.1ꎻ S435.111.47          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2014)01 ̄0054 ̄11
    WRKY是植物中最大的一类转录因子家族ꎬ
该家族蛋白质中都含有 WRKY 结构域ꎬ这种结构
域由 60 个氨基酸残基组成ꎬ其 N 端有保守的
WRKYGQK序列ꎬWRKY 由此得名ꎬWRKY 结构
域的 C 端是锌指结构[1]ꎮ 根据蛋白质中 WRKY
结构域的数目和锌指结构特征ꎬWRKY 家族被分
为三类[2]ꎮ WRKY家族成员广泛地参与植物的各
个生理过程ꎬ如 OsWRKY13 参与了抗病、氧还平衡
(Redox homeostasis)、生物胁迫响应和生长发育等
过程ꎬ超量表达 OsWRKY13影响了这些途径中 500
多个基因的转录[3]ꎮ OsWRKY23 的表达部位主要
在根和衰老叶片中[4]ꎬ而 OsWRKY51 和 OsWRKY ̄
71的主要表达部位是在胚和糊粉层细胞中[5]ꎬ超
表达 OsWRKY89的转基因植株会对水稻早期生长
造成影响[6]ꎮ
除在水稻正常生长中发挥作用外ꎬ也有多篇
WRKY转录因子与抗病相关的报道ꎮ 在拟南芥中
异源表达水稻的 OsWRKY6 可以加强 OsPR1 启动
子驱动的报告基因的表达ꎬ在植物防卫基因的转录
过程中起正调控作用[7]ꎮ 超表达 OsWRKY12(原
文编号为 OsWRKY03)会导致 OsPR1b和 NB8等防
御相关基因的表达量下降ꎬ表明其对水稻抗病是一
个负调控因子[8]ꎻOsWRKY22缺失的水稻突变体对
稻瘟病菌感病ꎬ而超表达 OsWRKY22 可增强稻瘟
病抗性[9]ꎻ OsWRKY45 缺失会使苯并噻二唑
(BTH)诱导的水稻稻瘟病抗性明显下降ꎬ超表达
则可显著提高叶片对白叶枯病和穗颈瘟的抗
性[10ꎬ 11]ꎻ OsWRKY53可特异性地结合在 W 盒序
列元件上ꎬ调控病程相关基因如 PR10 (PBZ1)、
PR5、PR14、过氧化物酶和几丁质酶等的表达ꎬ超表
达 OsWRKY53可以提高水稻对稻瘟病的抗性[12]ꎮ
超表达 OsWRKY55(原文编号为 OsWRKY31)的水
稻提高了对稻瘟病的抗性ꎬ并使防卫相关基因(如
PBZ1 和 OsSci2)和早期生长素应答基因(如 Os ̄
IAA4和 OsCrl1)组成型表达ꎮ 另外ꎬ超表达植株对
高浓度吲哚丁酸( IBA)、萘乙酸(NAA)和 2ꎬ4 ̄二
氯苯氧乙酸 ( 2ꎬ 4 ̄D) 的敏感度降低ꎬ提示 Os ̄
WRKY55 可能是水稻生长素应答和防卫应答信号
转导途径的共享成员[13]ꎻ超表达 OsWRKY62 抑制
了 4个 PR相关基因(Betv1、PR1a、PR10 和 PBZ1)
的转录ꎬ并提高了对病原物侵染的敏感性[14]ꎻOs ̄
WRKY84 (原文编号为 OsWRKY33) 可被 OsB ̄
WMK1 磷酸化ꎬ进而与 W 盒元件结合ꎬ将 Os ̄
WRKY84和 OsBWMK1 的共表达可增强 W 盒元
件和 PR1基因的表达[15]ꎻJA 和紫外线 ̄B 强烈诱
导 OsWRKY89 的转录ꎬ超表达 OsWRKY89 可以增
强水稻对白叶枯病菌、白背飞虱的抗性以及对紫外
线 ̄B的耐受能力[6]ꎮ 从现有报道不难看出ꎬ通过
遗传手段改变WRKY的表达对水稻抗性有较大的
影响ꎬ说明WRKY与抗病途径存在着密切的关联ꎮ
Xa21是最早克隆的水稻白叶枯病广谱抗性基
因ꎬ编码受体激酶[16]ꎮ 通过酵母双杂交鉴定了多
个 Xa21 抗病途径元件ꎬ包括编码 ATPase 的
XB24[17]、泛素连接酶 XB3 [18]、XB15(蛋白磷酸酶
2C) [19]和 XB10(WRKY62) [14]ꎮ 来自白叶枯病菌
的 Ax21可以被 XA21蛋白质识别ꎬ从而启动抗病
反应[20]ꎮ 在抗病过程中ꎬXA21的激酶区会转位至
细胞核中并与 WRKY 转录因子结合[21]ꎮ 本实验
室也鉴定了多个在 Xa21 介导的抗病过程中表达
发生变化的 PR 蛋白质[22ꎬ 23]、WRKY 转录因子[24]
等ꎬ为进一步的功能鉴定提供了基础数据ꎮ
在前期工作中ꎬ采用水稻全基因组基因芯片鉴
定到 400多个在抗病过程中转录发生变化的基因ꎬ
其中涉及多个 WRKY 成员[25]ꎮ 另外ꎬ 根据
RiceNet的预测ꎬXa21介导的抗病途径可能涉及的
基因有 800 多个[26]ꎮ 以往对 WRKY 的研究主要
靠遗传手段改变 WRKY 的表达ꎬ但在大多数情况
下ꎬ对自然状态下 WRKY 在水稻体内的表达变化
情况知之甚少ꎮ 为了获得WRKY在水稻正常生长
和 Xa21介导的抗病过程中的表达数据ꎬ本研究分
析了 8 个 WRKY 家族成员ꎬ包括 5 个用芯片鉴定
的差异转录基因和 3 个相关文献报道的 WRKYꎮ
通过制备这些 WRKY 特异的抗体ꎬ利用免疫印迹
(western blottingꎬWB)技术检测了它们在正常生
55
 
植物病理学报 44卷
长和抗病过程中的表达丰度变化ꎬ为探索 WRKY
成员的功能ꎬ了解水稻抗病机理提供了蛋白质水平
的实验数据ꎮ
1  材料与方法
1.1  水稻材料
叶片材料取自水稻品种 9311 苗期地上部(株
高分别为 1 cm、2 cm、5 cm、10 cm 和 15 cm)以及
大田生长的分蘖期、孕穗期、开花期和成熟期的叶
片ꎻ4021是将 Xa21基因转入 TP309而获得的纯合
转基因株系[18]ꎬ对白叶枯病菌 PXO99 野生型呈现
抗病反应 ( R)ꎬ对白叶枯病菌突变株 PXO99 ̄
ΔraxST表现感病反应[20](S)ꎮ
1.2  接种
白叶枯病菌菌株 PXO99由中国科学院遗传发
育所朱立煌研究员提供ꎬΔraxST质粒 DNA由美国
加州大学戴维斯分校 Ronald 教授提供ꎬ将该质粒
转化 PXO99菌株后获得了 PXO99ΔraxST菌株ꎬ该
菌株表现为 avr 缺失的表型[27]ꎮ 白叶枯病菌在
PSA 培养基中 ( 0. 5% 细菌蛋白胨ꎬ 2% 蔗糖ꎬ
0􀆰 05% L ̄谷氨酸) 30℃培养 48~72 h后ꎬ用水稀释
至 109 个 CFU / mLꎬ用灭菌剪刀蘸取菌液剪切叶片
进行接种ꎬ以灭菌蒸馏水作为对照(Mock)ꎮ 水稻
接种一般在 6周左右进行ꎬ接种后分别于 0 h、2 h、
8 h、24 h、48 h、72 h、120 h、168 h 和 240 h 在距剪
切部位 1 ~ 2 cm 处采集叶片材料ꎬ液氮速冻后于
-70℃保存ꎮ
1.3  多克隆抗体制备
目标蛋白质序列来自水稻基因组数据库
( http: / / rice. plantbiology. msu. edu )ꎮ 利 用
BEPITOPE 软件[28]预测抗原决定簇ꎬ选择峰值较
高的片段ꎬ面向水稻全蛋白质组进行设计后用
BLASTP软件对水稻蛋白质库( http: / / rice. plant ̄
biology.msu.edu / analyses_search_blast. shtml)进行
唯一性检测ꎬ确定目标多肽片段ꎮ 以合成多肽作为
免疫原ꎬ多克隆抗体的制备由北京华大蛋白质研发
中心有限公司完成ꎮ
1.4  Dot ̄blot
双蒸水溶解多肽ꎬ用 10 μL 点样枪将溶解的
多肽点在 NC 膜(1 cm×9 cm)上ꎬ点样体积为 2
μLꎬ同时点 BSA 作为对照ꎮ 37℃干燥后ꎬ用 5%
BSA的 TBS ̄T(20 mmol / L Tris ̄HCl、150 mmol / L
NaCl、0.05% Tween 20、pH 7.5) 室温封闭 1 hꎬ然
后分别将 NC膜与WRKY抗体(1 ∶ 1 000 稀释)孵
育 30 minꎬ用 TBS ̄T溶液漂洗 3 次(3×5 min)ꎬ用
辣根过氧化酶(HRP)标记的羊抗兔二抗孵育 30
minꎬ用 TBS ̄T溶液漂洗 3次(3×5 min)ꎬ再用 TBS
洗 1次(5 min)ꎬ加入 ECL 显色试剂ꎬ用保鲜膜包
好后在暗室中用 􀱽光片检测ꎮ
1.5  水稻蛋白质提取
将-70℃冻存的水稻叶片在液氮中充分研磨
成细粉状ꎬ加入蛋白质提取液[62.5 mmol / L Tris ̄
HCl ( pH 7. 4)、10%甘油、0. 1% SDS、2 mmol / L
EDTA、1 mmol / L PMSF、5%β ̄巯基乙醇]ꎬ混匀冰
上放置 10 minꎬ然后 12 000 rpm 4℃离心 20 minꎬ
取上清即为总蛋白质ꎬ具体方法参考文献[18]ꎮ
1.6  WB分析和信号采集
WB分析方法参考文献[29]ꎬ试验至少重复 3
次ꎬ并使用 HSP蛋白质进行检测ꎬ作为等量加样的
内参[30]ꎮ 用 Image J 软件扫描 χ 光片上的 WB 条
带信号ꎬ计算 3次 WB 信号的平均值及偏差ꎬ比较
其信号的相对强度ꎮ
1.7  WRKY编码基因的转录分析
从水稻 MPSS (Massively parallel signature se ̄
quencing)网站( http: / / mpss. udel. edu / rice / ) [31]下
载数据ꎬ统计目标基因的转录信息ꎬ按每千万条
MPSS标签的基因转录次数进行不同样品间转录
信号强度的相对比较ꎮ
2  结果与分析
2.1  目标基因的选择
本研究选取了 8个 WRKY 家族成员作为靶基
因ꎬ其中 OsWRKY40 / 64、43、50、52和 86选自用水稻
全基因组基因芯片鉴定的白叶枯病抗性过程中的差
异转录基因[25]ꎬOsWRKY12[8]、OsWRKY55[13]和 Os ̄
WRKY84[15]则为文献报道与水稻抗病相关ꎮ 表 1列
出了所选目标基因的信息ꎬ包括功能注释、蛋白质分
子量、所属类别和抗原决定簇的多肽序列等ꎮ
65
 
  1期     史佳楠ꎬ等:8个WRKY转录因子在水稻叶片生长和抗病过程中的表达分析
Table 1  The list of target WRKY genes and related information
Gene name Locus# Brief annotation MW(kD) Category Peptide sequence Reference
OsWRKY12 01g43550
TFs having WRKY and zinc
finger domainsꎬexpressed
37 Ⅱ
TQLNALA
GTTRHKS
[24]
OsWRKY40 / 64
11g02530 /
12g02450
TFs having WRKY and zinc
finger domainsꎬexpressed
36 / 36 Ⅲ
EDLHHANS
YNGDHP
[33]
OsWRKY43 05g49210
TFs having WRKY and zinc
finger domainsꎬexpressed
65 Ⅱ
SEENKRLK
NMLSNVT
[33]
OsWRKY50 11g02540
TFs having WRKY and zinc
finger domainsꎬexpressed
36 Ⅲ
NGGNSTC
AEDIELL
[33]
OsWRKY52 11g02470
TFs having WRKY and zinc
finger domainsꎬexpressed
37 Ⅲ
KPRRSSSA
AKRRR
[33]
OsWRKY55 03g20550
TFs having WRKY and zinc
finger domainsꎬexpressed
24 Ⅲ
QSHHLGH
GSRKEKR
[29]
OsWRKY84 03g33012
WRKY NDA ̄binding domain
containing proteinꎬexpressed
51 Ⅰ
EDASTRSE
QGSQDY
[31]
OsWRKY86 01g60600
WRKY NDA ̄binding domain
containing proteinꎬexpressed
38 Ⅰ
TDSNSYDG
NLTSTR
[33]
Locus#: MSU RGAP (Rice Genome Annotation Project) locus names.
2.2  抗体制备与特异性鉴定
为了保证抗体的特异性ꎬ用 BEPITOPE 软件
预测靶蛋白质的抗原决定簇ꎬ具体序列见表 1ꎮ 为
了检验这些多肽在水稻全基因组序列中的唯一性ꎬ
又采用 BLASTP 软件对水稻蛋白质库 ( http: / /
rice.plantbiology.msu.edu / analyses_search_blast.sht ̄
ml)进行分析ꎬ结果表明ꎬ表 1 中多肽序列均是靶
蛋白质特异的(数据未显示)ꎮ 为了进一步鉴定抗
体的特异性ꎬ将多肽点在 NC膜上ꎬ用 WRKY抗体
进行 Dot ̄blot 检测ꎬ由图 1 可见ꎬ所制备的抗体仅
特异识别相应的多肽ꎬ与其他多肽间没有交叉
反应ꎮ
Fig. 1  Validation of antibody specificity by Dot ̄blot
Peptides were dissolved in ddH2Oꎬ spot 2 μL of peptides samples onto the NC membrane at the specified position.
Incubated with antiserum as indicated at the left each panel (1 ∶ 1 000 dilution) in BSA / TBS ̄T for 30 min at RT.
Incubated with ECL reagent for 1 minꎬ and detected by image station.
75
 
植物病理学报 44卷
2.3  WRKY 蛋白质在水稻叶片生长过程中的
表达
取水稻苗期叶片(1 cm、2 cm、5 cm、10 cm 和
15 cm)和分蘖期、孕穗期、开花期与成熟期展开叶
片ꎬ提取总蛋白质ꎬ用WRKY蛋白质特异抗体进行
WB检测(图 2)ꎮ 从图 2 可见ꎬOsWRKY12、43、55
和 86表现为苗期表达量较低ꎬ但随叶片的生长蛋
白质表达量也逐步增加ꎬ一般在成株期表达量达到
最高ꎻOsWRKY50 和 84 在苗期表达量相对较高ꎬ
成熟期下降ꎮ 在叶片生长各时期均未检测到 Os ̄
WRKY40 / 64和 52蛋白质的表达(数据未附)ꎮ 上
述结果表明ꎬOsWRKY12、43、55 和 86 可能在水稻
叶片正常生长方面发挥着作用ꎬOsWRKY50 和 84
可能主要在苗期发挥作用ꎮ
Fig. 2  The expression of target WRKY proteins in rice leaves at normal growth conditions
Upper panels: WB detection of the expression of WRKY proteins at different time pointsꎻ Middle panels: The signal generated by
using anti ̄HSP antibody was used as equal loading control marker. Lower panels: Plot of average and standard deviation among
three repeats of WB analysis. 1ꎬ 2ꎬ 5ꎬ 10ꎬ 15 are from shoots at seedling stage of 1ꎬ 2ꎬ 5ꎬ 10 and 15 cmꎬ respectively. Ti is
leaves at tillering stageꎬ Bt is leaves at booting stageꎬ Fw is leaves at flowering stageꎬ Fi is leaves at filling stage.
The ordinate values are relative values of signal acquisition.
85
 
  1期     史佳楠ꎬ等:8个WRKY转录因子在水稻叶片生长和抗病过程中的表达分析
2.4  水稻与白叶枯病菌的互作
在水稻分蘖期接种白叶枯病菌 15 d 后ꎬ比较
病斑长度并拍照(图 3)ꎮ 带有 Xa21 的 4021 接种
PXO99 野生型后呈典型的抗病反应ꎬ病斑长度小
于 1.0 cmꎬ4021接种 PXO99ΔraxST 后呈现感病反
应ꎬ病斑长度均超过 10 cmꎬMock(4021 ̄H2O)反应
没有形成明显的病斑ꎮ
2.5  WRKY 蛋白质在水稻抗白叶枯病反应中的
表达
为了解 WRKY 蛋白质在 Xa21 介导的水稻抗
白叶枯病菌过程中的表达情况ꎬ用 WB 检测了在
抗病反应不同时间点 WRKY 蛋白质的表达丰度
(图 4)ꎮ 结果显示 OsWRKY40 / 64、50 在接种后
5 d、OsWRKY52在接种后 1 d有明显的诱导条带出
Fig. 3  Photograph of rice leaves taken at 15
days after inoculation with Xan ̄
thomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)
The leaves of 4021 rice plants were used to inoculate Xoo PXO99
(WT)ꎬPXO99(ΔraxST mutant) or H2Oꎬ respectively.
Fig. 4  The expression pattern of WRKY proteins in the incompatible interactions
between rice and Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)
Upper panels: WB detection of the expression of WRKY proteins at different time points after inoculation of Xoo. Middle panel:
The signal generated by using anti ̄HSP antibody was used as equal loading control marker. Lower panels: Plot of average and
standard deviation among three repeats of WB analysis. Lanes 1 ̄9: Different time points after inoculation of Xoo(0 hꎬ 2 hꎬ 8 hꎬ
24 hꎬ 48 hꎬ 72 hꎬ 120 hꎬ 168 h and 240 h) . The ordinate values are relative values of signal acquisition
95
 
植物病理学报 44卷
现ꎬ其表达量随接种时间延长呈现明显的增加ꎮ
OsWRKY84在接菌前期有一定的本底表达ꎬ从第 5
d开始可检测到表达量的明显上升ꎮ OsWRKY40 /
64和 50的诱导条带出现在 45 kD 处ꎬ比预测分子
量(36 kD)略大ꎬ但在叶片中未检测到这 2 个蛋白
质的表达ꎬ所以 OsWRKY40 / 64 和 50 的表达是受
白叶枯病菌诱导的ꎮ OsWRKY52 的诱导条带出现
在 75 kD左右ꎬ约为预测分子量(37 kD)的 2 倍ꎬ
推测接菌后 OsWRKY52 的表达量上升ꎬ且以二聚
体的形式出现ꎮ OsWRKY12、43、55 和 86 在接种
后不同时间点没有检测到可见的变化ꎮ
2.6  WRKY蛋白质在不同水稻 ̄Xoo互作反应中的表达
为了解WRKY蛋白质在水稻与白叶枯病菌互
作过程中的表达情况ꎬ对 4个在抗性反应中发生丰
度变化的 WRKY 蛋白质做了进一步分析ꎬ比较了
它们在抗病 ( R: 4021 ̄PXO99)、感病 ( S: 4021 ̄
PXO99Δ raxST)和对照(M:4021 ̄H2O)反应 3 个
时间点(0、 72和 120 h)的表达量变化(图 5)ꎮ 从
图 5 可以看出ꎬ与对照相比水稻接种 Xoo 后 Os ̄
WRKY40 / 64、50、52 和 84 蛋白质在抗、感反应中
均发生了明显可见且相似的表达变化ꎬ提示在抗感
反应间有相对保守的分子特征ꎮ 具体比较抗、感反
应中WRKY蛋白质的表达变化幅度可以看出(图
5 ̄B)ꎬOsWRKY50、52 和 84 在抗病反应中的表达
量均高于感病反应中的表达量ꎬ说明这 3 个
WRKY蛋白质的表达变化具有抗病反应的特异
性ꎮ 有意思的是ꎬWRKY40 / 64 在抗病反应中的表
达量低于在感病反应中的表达量ꎬ该蛋白质的表达
具有一定的感病依赖性ꎮ
2.7  WRKY基因转录与蛋白质表达的关联分析
为了对WRKY的基因转录和蛋白质表达信号
进行关联分析ꎬ根据采集的 MPSS 数据统计了
WRKY基因的转录信息ꎬ连同上述蛋白质表达信
息进行汇总(表 2)ꎮ 由表 2可见ꎬ与WB检测的蛋
Fig. 5  Comparison analysis of WRKY protein expression among incompatibleꎬ
compatible and mock control
A: Lane Rꎬ S and M indicate the interactions between 4021 ̄PXO99ꎬ 4021 ̄PXO99ΔraxST and 4021 ̄H2Oꎬ respectively. The
time points for sample collection were labeled on the top of each panel. Lower panel: The signal generated by using anti ̄HSP
antibody was used as equal loading control marker. B: Bars represent the average of signal intensity and their standard
deviations of three repeats of WB analysis. The ordinate values are relative values of signal acquisition.
06
 
  1期     史佳楠ꎬ等:8个WRKY转录因子在水稻叶片生长和抗病过程中的表达分析
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16
 
植物病理学报 44卷
白质表达信息相比ꎬMPSS检测提供的转录信号较
低ꎬ在叶片生长和抗病过程都分别有 4 个 WRKY
没有 MPSS 信号ꎮ 在抗病反应中ꎬOsWRKY50 和
84的蛋白质表达和 RNA 转录的变化趋势比较符
合ꎬ都呈现受诱导表达提高的特征ꎬ除此之外没有
发现二者间明显的关联性ꎮ 这一比较说明ꎬWRKY
基因的转录和蛋白质翻译间的关联性较低ꎬ独立地
了解二者的变化对其功能的了解都是有帮助的ꎮ
3  讨论
在水稻基因组中有 120 多个 WRKY 家族成
员ꎬ是最大的转录因子家族之一ꎮ 现有证据表明ꎬ
WRKY在多种生命活动中都发挥着重要作用ꎬ通
过转基因提高或降低 WRKY 基因的表达ꎬ可以对
水稻的抗病性产生影响ꎮ 了解水稻体内WRKY在
正常生长和抗病过程中的表达模式ꎬ本研究选择了
8个WRKY成员ꎬ制备了其抗体ꎬ并通过 WB技术
调查了在水稻叶片生长过程和 Xa21 介导的白叶
枯病抗性过程中的表达ꎬ发现这些 WRKY 成员有
不同的表达模式ꎮ 众所周知ꎬ蛋白质是生命活动的
直接执行者ꎬ对蛋白质表达特征的了解可以为功能
研究提供有价值的线索ꎮ
在水稻叶片正常生长过程中没有检测到 Os ̄
WRKY40 / 64和 52 的表达信号ꎬ基本排除了它们
在叶片生长中发挥功能的可能性ꎮ OsWRKY12、
43、55和 86在苗期表达量较低ꎬ随生长逐渐升高ꎬ
而 OsWRKY50和 84在前期表达信号较高ꎬ而后期
有所下降ꎮ 在 Xa21介导的白叶枯病抗性过程中ꎬ
OsWRKY40 / 64、50、52 和 84 受诱导表达ꎬ其余的
WRKY表达量没有变化ꎮ 综合这些数据可以推
测ꎬOsWRKY40 / 64 和 52 可能只在抗病过程中发
挥作用ꎬ而 OsWRKY12、43、55和 86主要是在叶片
正常生长过程中有功能ꎮ 有意思的是ꎬ Os ̄
WRKY50和 84 既受白叶枯病菌的诱导又在水稻
苗期表达ꎬ说明它们在 2 种生长过程中都发挥作
用ꎮ 本研究涉及的 8个WRKY分别属于不同的类
别ꎬOsWRKY84和 86属于Ⅰ类 WRKY 家族成员ꎬ
OsWRKY12 和 43 属Ⅱ类ꎬOsWRKY40 / 64、50、52
和 55属Ⅲ类(表 1)ꎬ未发现蛋白质表达特征与所
属类别的相关性ꎮ 遗传分析表明ꎬ超表达 Os ̄
WRKY12对水稻抗病性有负面的影响[8]ꎬ而超表达
OsWRKY55可提高水稻对稻瘟病菌的抗性[13]ꎬ但
本试验没有检测到二者在白叶枯病抗性过程中的
蛋白质丰度变化ꎬ说明人为改变 WRKY 表达所产
生的抗性和抗病基因介导的抗性其机理并不完全
一致ꎮ 值得指出的是ꎬ超表达 OsWRKY84 可增强
水稻的抗性ꎬ在 Xa21 介导的抗病过程中也发现了
OsWRKY84的诱导表达ꎬ二个来源的数据比较符
合ꎮ
    本研究观察到 OsWRKY50 在叶片和抗病过
程中的表观分子量明显不同ꎬ为了验证这一现象ꎬ
将 2种水稻材料同时进行 WB 分析也获得了相同
的结果(数据未附)ꎮ 推测发生这种现象的原因:
一是源自基因选择性拼接造成的ꎬOsWRKY50 蛋
白质的不同表达形式ꎬ对此检索了水稻的基因组数
据库ꎬ未见到其他的表达版本ꎻ二是源自蛋白质的
不同修饰形式或二聚化ꎬ虽然二者的分子量均较理
论分子量有较大的增加ꎬ但也不太符合修饰或二聚
化现象ꎻ三是源自抗体的非特异性识别ꎬ尽管通过
Dot ̄blot实验和生物信息分析提供了一些抗体特
异性的证据ꎬ但仍不能排除这种可能性ꎮ 若进一步
究其原因ꎬ可结合转基因试验展开后续研究ꎮ
比较WRKY 蛋白质的 WB 表达结果和基于
MPSS 的转录数据ꎬ 发现在抗病反应中 Os ̄
WRKY50和 84的蛋白质表达和 RNA 转录间的变
化趋势比较符合ꎬ除此之外ꎬ大部分数据之间的关
联并不明显ꎮ 本研究有 5个候选WRKY来自用芯
片鉴定的抗病过程中的差异转录基因(表 1)ꎬ其中
有 3 个 WRKY(OsWRKY40 / 64、50 和 52)在抗病
过程中呈现蛋白质表达受诱导(图 4)ꎬ其符合率略
高ꎬ但二者间也不是完全对应ꎮ 据报道ꎬ基因转录
和蛋白质合成之间变化的不一致是普遍现象[32]ꎬ
这一现象提示人们在关注基因转录的基础上ꎬ要加
强对蛋白质的表达特征的了解ꎮ 显然ꎬ蛋白质表达
信息能够为功能研究提供更为直接的数据ꎮ 在本
试验中ꎬ用 WB 检测到一些高于靶蛋白质理论分
子量的条带ꎬ可能是蛋白质修饰或多聚化的结果ꎬ
当然也不能完全排除非特异杂交的可能ꎮ
通过制备目标蛋白质特异的抗体ꎬ可以了解特
定蛋白质的表达ꎬ这种策略被称为基于抗体的水稻
蛋白质组学策略(Antibody ̄based Rice Proteomicsꎬ
AbRP) [33]ꎮ 这种策略可以直观地鉴定特定蛋白质
的表达变化ꎬ相对基于质谱的蛋白质组学策略而
言ꎬ该策略具有更高的灵敏度、特异性并易于操作ꎮ
26
 
  1期     史佳楠ꎬ等:8个WRKY转录因子在水稻叶片生长和抗病过程中的表达分析
利用这一策略ꎬ鉴定了多个 PR 基因及其他抗病相
关基因的表达[22~24]ꎮ 本试验中所制备的抗体大都
具有良好的检测效果ꎬ能够特异性地识别目的条
带ꎬ这些抗体还可能用于 WRKY 蛋白质的相关研
究ꎬ如检测它们在其他生物或非生物逆境胁迫的表
达ꎬ进行蛋白质的组织或亚细胞定位以及调查与其
他蛋白质的相互作用等ꎮ
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