研究背景
油菜素内酯（Brassinosteroids, BRs）是一类对植物生长、发育以及环境适应性至关重要的植物激素。在重要的粮食作物水稻中，BR信号通路精细调控着株高、叶夹角、籽粒大小、分蘖、开花时间和衰老等多个关键农艺性状，直接影响着水稻的产量和株型构化。
虽然在模式植物拟南芥中，BR的感知与信号传导模型已较为清晰，但水稻中的BR信号网络具有其独特性。例如，水稻中的磷酸酶qGL3/OsPPKL1与拟南芥中的同源蛋白BSU1功能并不完全等同。尽管前人已鉴定出qGL3/OsPPKL1-OsGSK3-OsBZR1这一核心信号模块，但在全基因组水平上，这些核心因子如何协同lncRNA、miRNA以及下游众多的转录因子（TF）构建复杂的调控网络，目前仍缺乏系统性的研究和整合。
论文概要
南京农业大学农学院的 黄骥 团队在国际知名学术期刊 Plant Physiology 发表了题为“Brassinosteroid-associated transcriptional regulatory networks in rice”的论文。该研究通过整合RNA-Seq、sRNA-Seq和降解组（Degradome）测序数据，深入分析了水稻幼苗在油菜素内酯（BL）处理下以及BR信号通路核心突变体（qgl3、osgsk3和osbzr1）中的转录谱变化。利用引导基因定向网络构建和基于机器学习的转录因子靶点预测方法，研究团队成功构建了水稻BR关联基因共表达网络和转录调控网络，鉴定了一系列调控BR反应的关键转录因子和lncRNA，并对其功能进行了验证。
主要研究结果介绍
1. 多组学分析揭示水稻BR反应的动态转录谱
研究团队首先对经过油菜素内酯处理的时间序列样本（0, 1, 3, 6, 12, 24 h）以及三个BR核心信号缺失突变体（qgl3、osgsk3、osbzr1）进行了系统采样（图1A）。PCA分析显示样本具有良好的生物学重复性（图1B）。
分析结果显示，BL处理诱导了显著的时间依赖性转录反应，其中蛋白质编码基因占差异表达基因（DEG）的90%以上，而lncRNA约占5%，miRNA数量较少（图1C）。在突变体中，DEG的数量呈现出明显的梯度：qgl3（1894个）> osgsk3（573个）> osbzr1（446个），这一趋势与各因子在信号级联中的上下游位置高度吻合（图1C）。此外，约70%的osgsk3差异表达基因在qgl3中同样表现出差异，证实了qGL3与OsGSK3在同一调控路径上运行（图2A）。
2. 构建基于引导基因的BR关联共表达网络
为了识别潜在的关键调控因子，研究人员利用“已知功能的引导基因（Guide-genes）”策略构建了共表达网络。通过两轮筛选，将与BR核心信号基因（如BRI1、OsBZR1等）高度相关的基因纳入网络。
该网络包含3,886个基因，划分为多个功能模块。其中，包含OsBSK3、OsGSK2和OsGSK3的模块被鉴定为核心信号调节模块（图3C）。值得注意的是，一个名为LOC107279272的lncRNA在信号网络和合成代谢网络中均表现出极高的连通性（Hub node），暗示其可能是连接BR信号传导与稳态平衡的关键整合子（图3D, 4D）。
3. 建立多维度的BR转录调控网络（GRN）
研究人员进一步整合了转录因子-靶基因预测、lncRNA-靶点相互作用以及miRNA介导的切割数据，构建了精细的GRN（图5）。根据核心路径，该网络被细分为：
- OsBZR1依赖型网络：富集了OsWRKY25、OsWRKY71等与逆境响应相关的转录因子（图5A）。
- OsBZR1不依赖型网络（受qGL3/OsGSK3调控）：包含了OsNAC6、OsRAV2等因子，暗示了qGL3通过非BZR1途径调控环境适应性的可能（图5B）。
- qGL3/OsPPKL1特异性调控网络：参与微调BR信号，涉及OsMYB61和OsGRF3等因子（图5C）。
4. 鉴定并验证BR信号传导的新组分
基于网络分析，研究团队选择了6个在突变体和BL处理中均表现出显著差异表达的转录因子：OsNAC2、OsSWN1、OsWRKY68、OsMYBR17、OsPCF5和OsbHLH084。
利用CRISPR-Cas9技术创制了这些基因的缺失突变体，并进行了BL敏感性实验（包括幼芽伸长和叶夹角测定）。结果显示，cr-osnac2、cr-osswn1、cr-ospcf5、cr-osmybr17和cr-oswrky68表现出对BL的不敏感表型（图6A-D）；而cr-osbhlh084表现出对BL的高敏感表型。进一步的蛋白质印迹（Western Blot）分析发现，这些突变体中OsBZR1的蛋白水平也发生了相应变化，从而在生化水平上证实了这些新因子参与了BR信号的传导（图6E）。
5. 开发RiceBRnetwork在线数据库资源
为了使这一庞大的数据集能够服务于水稻科研社区，研究团队开发了一个名为 RiceBRnetwork 的在线数据库（http://cbi.njau.edu.cn/RiceBRnetwork）。该数据库整合了BL处理下的时间序列转录组、多个BR突变体数据、磷酸化蛋白质组数据以及蛋白相互作用数据（图7）。用户可以轻松查询特定基因在BR处理下的表达模式，搜索共表达模块，并可视化其转录调控网络关系。
全文总结与展望
本研究通过多组学数据的深度整合，成功绘制了水稻油菜素内酯关联的综合转录调控图谱。研究不仅确认了qGL3/OsPPKL1-OsGSK3-OsBZR1核心模块在水稻中的中心地位，还挖掘出了一系列调控BR反应的新型转录因子和ncRNA。
研究结果表明，水稻对BR的响应并非单一的线性路径，而是通过多个调控模块（OsBZR1依赖与非依赖途径）与逆境响应、营养代谢等通路广泛交叉。鉴定出的OsNAC2、OsPCF5等新组分为未来通过精准设计育种改良水稻株型和耐逆性提供了宝贵的基因资源。此外，RiceBRnetwork数据库的建立为植物激素信号研究领域提供了一个重要的信息检索和发现平台。
研究团队与资助
该项研究由南京农业大学农学院 黄骥 课题组完成。研究得到了国家自然科学基金（32470337）、中央高校基本科研业务费、江苏省现代作物生产协同创新中心等项目的资助。Ruolan Zhu（博士生）和Qian Yu（博士生）为该论文的共同第一作者，黄骥教授为通讯作者。
DOI链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag348
