WRKY转录因子

Paul J. Rushton¹, Imre E. Somssich², Patricia Ringler³ and Qingxi J. Shen³

摘要 WRKY转录因子是植物中最大的转录调节因子家族之一，形成调节许多植物进程的信号网络组成部分。在这里，我们回顾重要的WRKY转录因子的研究进展。新的研究结果表明，WRKY蛋白常作为抑制剂以及活化剂，家族的很多成员在重要的植物进程中同时发挥着抑制和抑制作用。此外，越来越明显的是，一个WRKY转录因子可能参与调节几个看似不同的过程。信号转导与转录调控机制被解剖，通过与各种蛋白的相互作用发现WRKY蛋白功能，包括MAP激酶，MAP激酶激酶，14-3-3蛋白，钙调素，组蛋白去乙酰化酶，耐药蛋白和其他WRKY转录因子。WRKY基因具有广泛的自动调节和交叉调节，有助于内置冗余的动态网路的转录重编程。

WRKY转录因子–历史视角

自从WRKY第一个报道已经过去了十五年,转录因子[1，3]和实质进展自那时以来已实现。第一个报告是不明显的DNA结合蛋白，发挥潜在的作用在基因表达调控中的蔗糖（SPF1）[1]或在萌发（ABF1和abf2）[2]。三分之一报告确定WRKY1，从香菜WRKY2和光（欧芹crispum）和创造的名称（发音为“成功”的WRKY）[ 3 ]。本文还提供了第一证据表明WRKY蛋白的调节作用植物对病原体的反应，并有许多报告以来表明这是WRKY转录主要作用因素。特别是，WRKY因素进行重点监管，两者的阳性和阴性，部分相互连接的分支植物先天免疫，微生物或病原相关分子模式触发免疫（MTI或PTI）和效应触发的免疫力（ETI）（见术语表）[4]。WRKY家族在十高等植物转录因子的最大家族发现整个绿色的谱系（绿藻和陆生植物）[5]。家庭在这期间扩大了植物演化。这种扩张很可能是与正在进行的发展中的高度复杂的防御机制，共同进化的陆地植物一起与其适应的病原体。重大进展关于我们的WRKY蛋白的理解发生在过去十年出版的2000 WRKY转录因子的第一次审查[6]。然而，最近，研究集中在WRKY因子在植物的附加作用过程干旱、寒冷等非生物胁迫的萌发、衰老和响应。此外，这样的研究是没有植物如拟南芥的长限制（拟南芥），但正在迅速扩大，包括在特定的作物品种。在这篇评论中，我们将检查我们所知的一些最新进展这一快速移动领域的植物研究。这包括对植物WRKY转录因子的作用的新信息，WRKY蛋白的作用机制，在信号的自动调节和交叉调节WRKY转录因子和最新信息关于进化的WRKY基因基于最近植物基因组测序。以前的评论主要集中在WRKY转录因子的作用防御反应。虽然这方面将被考虑，我们已经把重点放在其他已知的角色,这是为了生产更多的WRKY转录因子植物在植物中的作用及其综合评述。

WRKY结构域和W盒

WRKY转录因子的典型特征就是结合结构域。这就是所谓的结构域几乎不变WRKY氨基酸序列在后N-末端（图1A）[6]。在一些WRKY蛋白，蛋白质的氨基酸序列已被取代关系，wsky，wkry，wvky或wkky [7]。WRKY域长度约60残基，以及含WRKY签名也有一个非典型的在C-末端的锌指结构。锌指结构是CX4–5cx22–23hxh或cx7cx23hxc。最初，在没有一个完整的基因家族的情况下任何植物WRKY转录因子分为基于WRKY数三组域（在群中的2个域，我的蛋白质和一个在其他）和锌指结构（C2HC在第三组蛋白）[6]。第二组基因进一步划分为IIA、IIB、IIC，IID和IIE基于氨基酸酸序列（图1A）。纯粹基于后的分析系统数据显示，较高的WRKY家族植物是更准确地分为组I，IIA IIB ，IIC，IID IIE，和III组II基因是单（图2）[8,9]。

WRKY域结构

第一个准确的描述的结构域也提出的第一个证据，它可能包含一个新的锌指结构[2]。野燕麦（燕麦）结合ABF1和abf2其W盒（ttgacc / T）的结合位点由二价金属螯合剂添加取消1,10 -邻菲咯啉从而支持一个锌指结构。2005山崎等人，是第一个解决方案一个结构域的结构[10]。WRKY结构域由一四股的beta;-折叠，与锌协调半胱氨酸/他的残基形成锌结合口（图1B）。的WRKYGQK残基对应的最末端的B股，这部分突出一个表面的蛋白质，从而使访问的主要的脱氧核糖核酸槽和接触。它是提出了含有WRKYGQK母题的B股将约6bp的区域接触，这与宽框的长度是一致的[10]。晶体的C-末端结构域的结构atwrky1表现出类似的结构与一个额外的B股四的N-末端，变得很明显，因为域使用长[11]的WRKY结构域股份的NAC和GCM相似脱氧核糖核酸结合结构域，这导致了这一命题WRKY和GCM域是进化的关系[10，12]。WRKY和GCM锌指在锌结合基序的相似之处，但标志从GCM蛋白缺失WRKYGQK签名。这些相似性如何有意义是值得怀疑的由于结构域似乎比更多的祖先GCM的域，以及两者之间的关系是植物王国以前的进化史不同于其他真核植物王国[10]。

W-盒和群集W-盒

该结构域的保护是最好的，其同源结合位点显著节约，W盒（ttgacc / T）[6]。凝胶移位实验，随机结合位点的选择、酵母单杂交筛选转染实验进行许多不同的结构蛋白表明W盒是最小的共识需要特定的DNA结合内[3,13]。几乎所有WRKY转录因子结合优先的相同的核心序列，这构成了问题：如何做WRKY因子显示其目标启动子的特异性？拟南芥WRKY蛋白使用凝胶迁移实验研究表明选择性的结合虽然是需要的，但相邻的序列也部分确定结合位点偏好[ 13 ]。atwrky6和atwrky11显示高亲和力有一个直接残留的50到该元素的盒子，而atwrky26，atwrky38和atwrky43绑如果这个残基是一个没有，或者一个相同的主题。另一个重要的观察关注的身份“像序列”这样的“序列”，不象“盒子”一样起作用；也不像ctgacc TTGACA被任何的束缚五WRKY代表进行测试，这表明最小的W盒元件可能被定义为ttgacc/T[13]。生物信息为基础的植物功能研究发起人已经发现了在逆境诱导型启动子的钨盒集群[14]。在pcwrky1案例，多在转录上似乎有协同效应[15]；大麦（Hordeum vulgare），hvwrky38要求相邻的两个相邻的钨盒，有效的结合[16]。有一个WRKY蛋白结合W盒一些报道序列OsWRKY13可以绑定到pre4元（tgcgctt）以及W盒[17]，和谱（一蔗糖调节大麦WRKY转录因子也被称为hvwrky46 [ 18 ]）能与W盒和糖反应（确定）元（taaagattactaataggaa [19,20]）而烟草（Nicotiana tabacum）ntwrky12似乎与一个确定的元素但不是宽框[ 20 ]。有一ntwrky12 GKK氨基酸序列而不是更常用以下结构肝纤克，并结合具体工作箱（ttttccac）。突变的GKK母题为肝纤克或GEK废除与周框的相互作用，表明这些氨基酸可能是重要的结合位点识别[21]。

WRKY转录因子的作用

从研究开始到WRKY转录因素，这是明显的，他们扮演的角色，在调节几个不同的工厂流程，但是，为了方便，这些都是单独处理下面。这里提出的最近的数据导致我们到一个新的见解，即一个WRKY转录是很常见的调控多个植物的转录重编程的因素。动态网页信号的因素有多个WRKY输入输出。

生物胁迫

关于WRKY转录报告多数因素已经表明，众多的成员多基因家族中发挥作用的植物免疫反应相关的转录重编程。这是一个活跃的研究领域，已被广泛回顾并因此将只简单地提到[22]。我们了解到，WRKY因子是许多方面的核心组成部分，与生俱来的植物的免疫系统，包括MTI或PTI，ETI，基础防御和系统获得性抗性[24]。那里现在很多例子表达或敲除基因表达对植物的影响防守，这才使得拆开了信令网的组成部分（图3、5；补充资料表S1）[22–25]。

在这些网络中，几个WRKY蛋白地图激酶的目标[26]。大麦大麦，ETI白粉病（Blumeria graminis f. sp. hordei）要求由真菌无毒avr10效应的识别耐药蛋白MLA（抗白粉病基因）在细胞质和随后的协会工作重点在核hvwrky1和hvwrky2（图3）[27]。hvwrky1和hvwrky2也显示出作为PTI与负调控因子，因此，研究这两个主要的防御机制之间的联系提供了信号途径。尽管有大量的研究，但很少有连接终端的附加组件信令阶段这些防御途径与结构因素，或与任何其他转录因子，此事已确定。

最近的一项研究表明，水稻中的等位基因基因OsWRKY45-1和oswrky45-2，编码十个氨基酸不同的蛋白质，发挥相反的水稻-细菌相互作用中的作用[28]。该OsWRKY45—1等位基因在水稻粳亚种，在籼亚种的oswrky45-2等位基因。两个等位基因的过表达研究表明，他们对水稻真菌性病原菌的耐药性进行正调节稻瘟菌[28,29]，但他们的差异调节抗水稻白叶枯病菌（细菌水稻叶枯病），OsWRKY45-1似乎是一个负调节因子，oswrky45-2似乎是一个积极的调节器植物对X. oryzae响应。此外，它似乎这些基因通过不同的途径，因为对OsWRKY45-1差异表达调节水杨酸和茉莉酸（JA）的水平，而oswrky45-2差异表达的似乎只有显著调节JA水平。

天然烟草中的一套优雅的实验烟草Nicotiana attenuata表明WRKY基因，nawrky3和nawrky6，协调草食动物[30]反应。nawrky3是nawrky6获取脂酸氨基酸需要–缀合物在烟草天蛾幼虫口腔分泌物，和沉默无论是或两个基因使植物极易受到草食动物的攻击。看来这两个WRKY基因帮助植物区分机械伤害草食动物攻击（图4A）[30]。WRKY转录因子也参与反应线虫。拟南芥基因atwrky23上调几乎立即线虫感染击倒线显示增加抵抗囊肿线虫的胞囊schachtii [31]。最后，拟南芥WRKY基因先前已经证实病原菌的作用国防报告负调节的敏感性植物对农杆菌介导的转化[32]。

非生物胁迫

WRKY转录因子在调控中发挥关键作用在许多植物的应激反应；然而，拆散他们在非生物胁迫反应中的作用已经落后于生物胁迫。这可能是一个反射的串扰和这种反应的冗余性和缺乏合适的突变株。在最早的研究，一个WRKY从旱生常绿灌木的C3基因，石炭酸灌木（Larrea tridentata），被证明是一个脱落酸（ABA）信号激活[ 33 ]。脱落酸介导植物对非生物胁迫的反应，因此被称为“应激激素”。在另一个瞬时表达研究利用糊粉层细胞，并进行oswrky24 OsWRKY45发现作为ABA诱导型启动子，和oswrky72和oswrky77被证明是相同的启动子[ 34 ]活化剂。最早的一些与非生物胁迫反应有关的作用的证据来了从转录分析；然而，最近的功能分析提供了更多的直接证据。例如，在水稻中，热休克诱导HSP101启动子驱动的过度表达OsWRKY11导致增强的高温和干旱公差[35]。同样，过表达OsWRKY45导致盐和耐旱性增强，此外增加疾病抵抗力[25]。在拟南芥中，过表达无论是在creasess WRKY 33耐盐性[36] wrky25or。在atwrky25使用额外的工作表达线显示它也是热应力的响应[37]。这些实例表明WRKY因子组成部分的信号转录重编程当植物遭遇高盐、高温、渗透胁迫时，植物会出现高浓度的盐2水平，高浓度的臭氧浓度，寒冷或干旱（见补充资料表一）。进一步的证据来自不同的非生物胁迫的植物响应后的三个应力诱导的过度表达大豆（Glycine max）在拟南芥WRKY基因。gmwrky21过表达拟南芥植株耐冷性比野生型植物，而gmwrky54过表达植株盐和耐旱，和gmwrky13过度表达导致在压力[ 38 ]。最近的进展表明，许多WRKY基因发挥作用复合应激信号通路（见补充材料表S1）和“网络”结构信号包括生物胁迫和非生物胁迫组件[39]。

目前的资料很少对其他部件WRKY转录因子调节生物应力诱导的信号转导通路。然而最近，一种脱水耐性的研究进展在复苏植物牛耳草信号通路（图4B）[40]。肌醇半乳糖苷合成酶起在干旱和耐冷性[41]和的bhgols1基因诱导的脱水脱落酸。的bhgols1启动子包含四W盒染色质免疫沉淀表明，它被绑定在早期脱水和脱落酸诱导的体内bhwrky1 [40]。这些数据提供了直接的证据连接脱水诱导WRKY转录因子与下游靶基因在干旱反应中起重要作用的基因。

种子发育

WRKY基因在种子发育的作用有关在几个基因表达研究。WRKY转录因子dge1鸭茅（Dactylis glomerata）是在体细胞胚胎发生过程中表达[42]。一组野生马薯WRKY转录因子（马铃薯），scwrky1，均有强烈的瞬时受精胚珠在鱼雷阶段后期[43]，在胚乳中表达谱调节淀粉生产[20]。

拟南芥atwrky10，也称为miniseed3，是在花粉和胚乳中表达，以及在发育中胚乳从2核阶段通过细胞化阶段。本基因的一个基因敲除突变的植物，产生小种子。这些种子的发展，表现出减少的增长胚和胚乳的早期细胞化，强调在这起关键作用的WRKY基因过程[44]。

种子休眠与萌发

在谷物、alpha;-淀粉酶酶参与水淀粉，在萌发和幼苗生长的谷物的重要一步。这些基因是赤霉素（GA）诱导和阻遏和ABA，因此是理想的对遗传算法和脱落酸串扰的研究。在早期的研究中WRKY家族，两野燕麦WRKY转录因子，ABF1和abf2，被发现与W盒中alpha;-淀粉酶基因的启动子a-amy2。几研究表明，水稻和大麦同源的两野燕麦WRKY基因是ABA诱导和阻遏的糊粉层细胞和胚胎遗传算法。通过水稻和水稻的轰击介导的瞬时表达大麦、大米oswrky51和oswrky71被发现编码阻遏蛋白的alpha;-淀粉酶和水稻RAmy1amy32b大麦alpha;-淀粉酶基因。通过形成一个异

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