酸性土壤约占世界总土地面积的30%,在全球可耕作土地中,酸性土壤的比例高达50%。当土壤p H值小于5.5时,铝(Aluminum,Al)会从黏土矿物及氧化物等形态中游离出来,并以可溶的三价Al离子(Al~(3+))形态被植物根系吸收,抑制植物根生长,损害植物正常的生理功能。Al胁迫一直被认为是酸性土壤中农业生产最重要的制约因素之一。WRKY转录因子是植物中较大的转录因子家族之一,是植物响应外界胁迫的一类重要的转录因子。研究表明,WRKY转录因子在植物响应多种逆境胁迫中发挥重要作用,但对其在Al胁迫响应中的功能和分子机制的研究还很缺乏。本研究在甜高粱中鉴定到2个WRKY转录因子:SbWRKY22和SbWRKY65,并发现它们在转录水平上均受Al诱导。通过转录调控分析验证SbWRKY22和SbWRKYparasitic co-infection65潜在的下游调控基因。在此基础上,通过异源遗传转化,分析转基因材料的抗Al表型,并对SbWRKY22和SbWRKY6点击此处5的功能加以分析验证,揭示其参与Al胁迫应答的作用机制。具体研究结果如下:1.生物信息学分析表明,SbWRKY22属于III类WRKY转录因子,而SbWRKY65属于II类WRKY转录因子。SbWRKY22和SbWRKY65在WRKY结构域尤其是锌指基序的构象上存在一定的差异。SbWRKY22和SbWRKY65在转录水平的表达均受Al诱导,且在根尖(0-1cm)处的表达量受Al诱导的程度较大。2.亚细胞定位分析表明,SbWRKY22和SbWRKY65均定位于细胞核。进一步的转录活性分析表明,SbWRKY22和SbWRKY65均具有转录激活活性。3.SbWRKY22与拟南芥中AtWRKY54具有最高的同源性,SbWRKY22可以恢复Atwrky54敲除突变体对Al的敏感表型;在野生型中过表达SbWRKY22则显著提高了转基因植物的Al耐受性。荧光素酶活性分析和酵母单杂交活性分析,共同揭示了SbWRKY22对耐Al基因Sb MATE、Sb Glu1、Sb STAR1、Sb STAR2a和Sb STAR2b有显著的转录调控作用。进一步研究发现,SbWRKY22通过提高拟南芥中Sb Glu1的同源基因At BG2的表达水平,降低植株根系胼胝质积累,以及通过降低植株根系细Pidnarulex细胞培养胞壁的半纤维素含量,从多个方面提高植物耐Al能力。4.将SbWRKY65在拟南芥野生型背景下过表达。Al胁迫下,SbWRKY65过表达株系的相对根伸长率显著高于野生型,表现出较强的Al耐受性。虽然SbWRKY65对上述5个耐Al基因几乎无调控作用,但其对SbWRKY22有显著的转录调控作用。进一步研究发现,SbWRKY65通过调控SbWRKY22同源基因AtWRKY54的表达,降低了植株根系胼胝质积累,从而提高植物耐Al能力。5.在甜高粱中鉴定到一个蛋白激酶SbCIPK11,发现SbCIPK11在转录水平的表达不但受Al诱导,还受SbWRKY65的调控。拟南芥中AtCIPK11与SbCIPK11具有最高的同源性,SbCIPK11可以恢复Atcipk11敲除突变体对Al的敏感表型;在野生型中过表达Sb CIPK11则显著提高了转基因植物的Al耐受性。进一步研究发现,Sb CIPK11通过提高拟南芥中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性,降低植株根系过氧化氢(H_2O_2)和丙二醛(MDA)的含量,调节植物抗氧化反应,进而提高植物耐Al能力。酵母双杂交互作分析和双分子荧光互补分析,共同验证了Sb CIPK11与Sb CBL2、Sb CBL3、Sb CBL4、Sb CBL5和Sb CBL7均在植物细胞膜上互作。综上所述,本研究揭示了甜高粱转录因子SbWRKY22和SbWRKY65在Al胁迫应答中的功能和作用机制,为植物响应Al胁迫的机制研究奠定基础,并为筛选甜高粱耐Al基因提供新的思路。