低温作为最重要的非生物胁迫之一，对植物生长构成严重威胁，尤其对小麦的生长发育常带来显著甚至毁灭性的影响。然而，目前关于小麦如何在分子层面响应低温胁迫的机制仍知之甚少。因此，鉴定调控小麦耐冷性的关键基因并深入解析其作用机理，对于提升小麦抗寒能力具有重要的理论和应用价值。
近期，河南农业大学农学院陈锋教授课题组与宁波大学植物病毒研究所羊健研究员团队合作，在国际权威期刊《National Science Review》（五年影响因子17.7）上发表了一项重要研究成果，题为“TaWRKY115 enhances cold tolerance by weakening the expression of TaMYB4 on CBFs in common wheat”。该研究成功克隆出一个正向调控小麦低温抗性的关键基因——TaWRKY115，并系统揭示了其在低温应答中的功能与调控网络。这一发现不仅为理解小麦低温响应的分子机制提供了全新视角，也为未来小麦抗逆育种提供了宝贵的基因资源。
研究团队首先对233份黄淮麦区的小麦品系进行了田间冻害表型鉴定，结合全基因组关联分析（GWAS），在6B染色体上定位到一个与耐冷性显著相关的基因位点。随后，通过整合冷胁迫处理前后的RNA-seq数据、基于基因的GWAS以及单倍型分析，研究人员精准锁定了候选基因，并将其命名为TaWRKY115。功能验证实验明确表明，TaWRKY115能够正向调控小麦对低温的耐受能力。
进一步研究发现，转录因子TaSP1可特异性结合TaWRKY115 Hap2单倍型的启动子区域，从而抑制其表达；相应地，TaSP1被证实负调控小麦的低温抗性。为了深入解析TaWRKY115的作用路径，研究团队利用DAP-seq与RNA-seq联合分析，鉴定出其潜在下游靶基因TaMYB4，并通过双荧光素酶报告系统（Dual-LUC）、电泳迁移率变动实验（EMSA）等多种手段，证实TaWRKY115能够直接结合TaMYB4启动子中的W-box元件，抑制其转录。此外，蛋白互作实验证明TaWRKY115与TaMYB4在体内和体外均存在强烈相互作用，且TaWRKY115还能抑制TaMYB4的蛋白积累。功能分析进一步确认，TaMYB4本身是一个负调控因子，会削弱小麦的耐冷性。
研究还揭示了TaMYB4的下游调控靶点——TaCBF12d。通过ChIP-PCR、微量热泳动（MST）、Dual-LUC及EMSA等一系列实验，团队证实TaMYB4能够直接结合TaCBF12d的启动子并抑制其表达，而TaCBF12d则被证明正向调控小麦的低温抗性。综合上述结果，研究提出：TaWRKY115通过削弱TaMYB4对TaCBF12d等CBF家族基因的抑制作用，从而增强小麦对低温胁迫的适应能力。
基于这些发现，研究团队构建了一个由TaSP1–TaWRKY115–TaMYB4–TaCBF组成的级联调控模型，系统描绘了小麦响应低温胁迫的分子通路，为深入理解作物抗寒机制提供了关键理论支撑。
本论文第一作者为河南农业大学农学院博士生刘金园，宁波大学博士后姜瑶瑶与河南农业大学副教授赵磊为共同第一作者；通讯作者为河南农业大学赵磊副教授、宁波大学羊健研究员及河南农业大学陈锋教授。
