近日，生科院张可伟教授团队在国际著名学术期刊 Molecular Plant（SCI一区TOP， IF 17.1，植物研究类期刊排名第一）发表了题为Arabidopsis WRKY1 promotes monocarpic senescence by integrative regulation of flowering, leaf senescence and nitrogen remobilization 的研究论文(https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.07.005)，在模式植物拟南芥中揭示了逆境响应转录因子WRKY1通过直接调控开花、叶片衰老和氮素(N)再利用途径的相关基因调控一次结实性植物衰老的分子机理，为植物年龄调控提供了重要见解，也为低N/逆境条件诱导作物早衰的干预提供了新思路。
一次结实性（Monocarpy）植物是指那些在一个世代中仅开花、结实一次，随后枯死的植物。多年生植物比如竹子、龙舌兰、塔黄，一年生植物如模式植物拟南芥和农作物水稻、小麦、大豆等均为一次结实性植物。一次结实性植物的衰老（Monocarpic senescence）进程与作物产量、品质以及环境适应性密切相关。一次结实性植物的衰老进程受到复杂的生长环境调控。比如竹子在遭受干旱胁迫下开花，随后植株大批死亡。然而，一次结实性植物如何整合外部环境信号来协同调控开花和叶片衰老进程的科学问题有待深入研究。
该研究发现WRKY1的表达受多种因素的影响，包括年龄、水杨酸（SA）和低氮营养等，wrky1突变体在正常条件下表现明显延迟开花和叶片衰老的表型，而WRKY1过表达株系表现明显的早花和叶片早衰表型，表明WRKY1促进一次结实性植物衰老进程。DAP-Seq和RNA-Seq的联合分析发现WRKY1直接靶向调控水杨酸代谢、氮素利用和转运途径的相关基因表达。作者进一步通过生化、遗传和生理学方法研究证明WRKY1通过直接诱导SA合成途径关键酶SID2/PBS3表达来促进叶片衰老。然而，sid2突变并不能抑制WRKY1超表达植物的早花表型，说明WRKY1可能通过独立的信号途径调控开花和叶片衰老两个生物学过程。深入研究发现WRKY1能直接结合到抑制开花的核心基因FLC的启动子并抑制其基因表达来促进开花进程。此外，作者还发现WRKY1能结合多个N转运蛋白（如NRT3.1）和同化代谢酶（如NIA1）编码基因的启动子并激活其表达，wrky1突变体种子的N含量下降而WRKY1超表达种子的N含量增加。总之，以上研究表明WRKY1在一次结实性植物衰老过程中协同调控三个重要过程: 1)抑制开花位点FLC基因的表达来促进植物开花; 2)诱导SA合成途径基因SID2/PBS3表达促进叶片衰老; 3)直接靶向激活多个N同化代谢和转运基因，触发叶片衰老过程中的N向种子再分配。本研究揭示了单一转录因子WRKY1响应环境信号，通过对开花、叶片衰老以及N再利用等多个重要过程的整合，实现对一次结实性植物的衰老调控（图1），为一次结实性植物年龄的精准设计奠定了基础。
图1 WRKY1调控一次结实性植物衰老的工作模型
万喜堂·(中国)责任有限公司为该论文的唯一完成单位。生科院青年教师章薇博士和已毕业硕士研究生唐菽菲为论文的共同第一作者；朱晓仙老师、硕士研究生李旭映，已毕业硕士研究生陈圆圆、李佳佳、王玉扬、边睿超、金莹为论文的共同作者；张可伟教授为论文唯一通讯作者。该研究得到了浙江省自然科学基金重点项目和国家自然科学基金面上项目等课题的资助。
编辑：张文潇
