DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1517595
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39917597
تاريخ النشر: 2025-01-23
المؤلف: Wenjing Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحليل تعبير الجينات النباتية
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على دور عوامل النسخ WRKY (TFs) في مناعة النباتات، مع تسليط الضوء على أهميتها في الاستجابة لمجموعة متنوعة من الضغوط الحيوية وغير الحيوية. تعتبر عوامل النسخ WRKY واحدة من أكبر عائلات عوامل النسخ في النباتات، وتشارك في تنظيم آليات الدفاع ضد مجموعة من مسببات الأمراض، بما في ذلك الفطريات والبكتيريا والميكروبات المائية والفيروسات. تحقق ذلك من خلال تعديل جينات المقاومة السفلية والتفاعل مع مكونات تنظيمية أخرى، مثل الهرمونات النباتية وMAPKs (كينازات البروتين المنشطة بواسطة الميتوجين). يؤكد المقال على الدور المزدوج لعوامل النسخ WRKY، حيث يمكن أن تعمل كمنظمات إيجابية أو سلبية لمناعة النباتات، مع تحديد 63 كمنظمات إيجابية و21 كمنظمات سلبية.
تشير الاستنتاجات إلى أن تعقيد وظائف WRKY TF في مقاومة مسببات الأمراض يتضح من خلال مشاركتها في شبكة تنظيمية معقدة تدمج مسارات الإشارة المختلفة وتفاعلات البروتين. يشير المؤلفون إلى إمكانية البحث المستقبلي للاستفادة من التقنيات المتقدمة، مثل النسخ الجيني عالي الإنتاجية وتحرير الجينات، لتوضيح أدوار WRKY TF بشكل أكبر. يمكن أن يؤدي ذلك إلى استراتيجيات مستهدفة لتعزيز مقاومة النباتات للأمراض، خاصة من خلال تعديل WRKY TFs ذات الأدوار التنظيمية السلبية لتحرير الجينات أو زيادة التعبير عن تلك التي لها تأثيرات إيجابية. بشكل عام، يسلط الدراسة الضوء على الحاجة إلى تحقيقات شاملة في WRKY TFs لفهم آلياتها بالكامل في مناعة النباتات.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة أهمية عوامل النسخ WRKY (TFs)، التي تمثل واحدة من أكبر عائلات عوامل النسخ في النباتات، وهي حاسمة لنمو النباتات وتطورها وتحملها للضغوط. تم تحديد أول جين WRKY، SPF1، في البطاطا الحلوة في عام 1994، وقد كشفت الأبحاث اللاحقة عن العديد من WRKY TFs عبر أنواع نباتية مختلفة وبعض الكائنات غير النباتية، مثل الفطريات والأميبا. من الجدير بالذكر أن النباتات المزهرة مثل Brassica napus وZea mays تظهر عددًا كبيرًا من بروتينات WRKY، مما يشير إلى تاريخ تطوري يتضمن نقل الجينات الجانبي من الأنواع غير النباتية.
تتميز WRKY TFs بتسلسل محفوظ في الطرف N (WRKYGQK) وبنية إصبع الزنك في الطرف C، مما يسمح لها بالارتباط بعناصر W-box المحددة (TTGACC/T) في المحفزات لجينات الهدف. يتم تصنيف عائلة WRKY إلى عدة مجموعات بناءً على العلاقات النشوء والتطور، وقد سلطت الأبحاث الواسعة الضوء على أدوارها في تنظيم استجابات النباتات للضغوط الحيوية. تهدف هذه الورقة إلى تلخيص النتائج الأخيرة حول وظائف WRKY TFs في آليات دفاع النباتات ضد مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض، وبالتالي توفير فهم شامل لشبكاتها التنظيمية.
نقاش
تناقش هذه القسم دور عوامل النسخ WRKY (TFs) في مقاومة النباتات لمجموعة متنوعة من مسببات الأمراض الفطرية والبكتيرية. على وجه التحديد، تسلط الضوء على الآليات التي تعزز من خلالها WRKY TFs المقاومة لمسببات الأمراض مثل *Erysiphe necator* و*Penicillium digitatum* و*Fusarium solani* وغيرها. على سبيل المثال، في الكروم، تعزز WRKY TF VqWRKY56 المقاومة للعفن البودري من خلال زيادة تراكم البروانثوسيانيدينات (PAs) وأنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) وحمض الساليسيليك (SA) من خلال تنشيط جينات التخليق الحيوي المحددة. وبالمثل، تم إظهار أن WRKY TFs الأخرى مثل VqWRKY31 وVqWRKY6 تنشط إشارات SA ومسارات حمض الجاسمون، على التوالي، لتعزيز المقاومة ضد العدوى الفطرية.
في الحمضيات، تنظم WRKY TFs مثل CsWRKY23 وCsWRKY25 بشكل إيجابي المقاومة لـ *P. digitatum* من خلال تعزيز تراكم SA وROS. في التفاح، تعزز MdWRKY75 وMdWRKY74 المقاومة لـ *F. solani* من خلال تراكم اللجنين والكتين، على التوالي. على العكس، تنظم بعض WRKY TFs، مثل HvWRKY2 في الشعير وTaWRKY76-D في القمح، المقاومة بشكل سلبي، مما يشير إلى تفاعل معقد لعوامل WRKY في تفاعلات النبات مع مسببات الأمراض. تؤكد النتائج على الأدوار المتنوعة والمعقدة لعوامل WRKY في الوساطة لاستجابات الدفاع النباتية، مما يبرز إمكانياتها لتحسين مقاومة المحاصيل من خلال الهندسة الوراثية أو استراتيجيات التربية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1517595
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39917597
Publication Date: 2025-01-23
Author(s): Wenjing Wang et al.
Primary Topic: Plant Gene Expression Analysis
Overview
The section provides an overview of the role of WRKY transcription factors (TFs) in plant immunity, highlighting their significance in responding to various biotic and abiotic stresses. WRKY TFs, one of the largest families of transcription factors in plants, are involved in regulating defense mechanisms against a range of pathogens, including fungi, bacteria, oomycetes, and viruses. They achieve this by modulating downstream resistance genes and interacting with other regulatory components, such as phytohormones and MAPKs (Mitogen-activated protein kinases). The article emphasizes the dual role of WRKY TFs, where they can act as either positive or negative regulators of plant immunity, with 63 identified as positive and 21 as negative regulators.
The conclusions suggest that the complexity of WRKY TF functions in pathogen resistance is underscored by their involvement in a sophisticated regulatory network that integrates various signaling pathways and protein interactions. The authors note the potential for future research to leverage advanced technologies, such as high-throughput transcriptomics and gene editing, to further elucidate the roles of WRKY TFs. This could lead to targeted strategies for enhancing plant disease resistance, particularly by manipulating WRKY TFs with negative regulatory roles for gene editing or overexpressing those with positive effects. Overall, the study highlights the need for comprehensive investigations into WRKY TFs to fully understand their mechanisms in plant immunity.
Introduction
The introduction of the paper discusses the significance of WRKY transcription factors (TFs), which represent one of the largest families of transcription factors in plants, crucial for plant growth, development, and stress tolerance. The first WRKY gene, SPF1, was identified in sweet potato in 1994, and subsequent research has uncovered numerous WRKY TFs across various plant species and some non-plant organisms, such as fungi and amoebae. Notably, flowering plants like Brassica napus and Zea mays exhibit a high number of WRKY proteins, suggesting an evolutionary history that includes lateral gene transfer from non-plant species.
WRKY TFs are characterized by a conserved N-terminal sequence (WRKYGQK) and a zinc-finger structure at the C-terminus, which allows them to bind to specific W-box elements (TTGACC/T) in the promoters of target genes. The WRKY family is categorized into several groups based on phylogenetic relationships, and extensive research has highlighted their roles in regulating plant responses to biotic stresses. This paper aims to summarize recent findings on the functions of WRKY TFs in plant defense mechanisms against various pathogens, thereby providing a comprehensive understanding of their regulatory networks.
Discussion
The section discusses the role of WRKY transcription factors (TFs) in plant resistance to various fungal and bacterial pathogens. Specifically, it highlights the mechanisms through which WRKY TFs enhance resistance to pathogens such as *Erysiphe necator*, *Penicillium digitatum*, *Fusarium solani*, and others. For instance, in grapevines, the WRKY TF VqWRKY56 promotes resistance to powdery mildew by increasing the accumulation of proanthocyanidins (PAs), reactive oxygen species (ROS), and salicylic acid (SA) through the activation of specific biosynthetic genes. Similarly, other WRKY TFs like VqWRKY31 and VqWRKY6 have been shown to activate SA signaling and jasmonic acid (JA) pathways, respectively, to enhance resistance against fungal infections.
In citrus, WRKY TFs such as CsWRKY23 and CsWRKY25 positively regulate resistance to *P. digitatum* by promoting SA and ROS accumulation. In apple, MdWRKY75 and MdWRKY74 enhance resistance to *F. solani* through the accumulation of lignin and chitin, respectively. Conversely, some WRKY TFs, like HvWRKY2 in barley and TaWRKY76-D in wheat, negatively regulate resistance, indicating a complex interplay of WRKY TFs in plant-pathogen interactions. The findings underscore the diverse and intricate roles of WRKY TFs in mediating plant defense responses, highlighting their potential for improving crop resistance through genetic engineering or breeding strategies.