文献集锦 | 比较转录组分析揭示了甘蓝型油菜植物激素网络多重水平串扰
华中农业大学国家作物基因改良重点实验室戴成副教授和杨庆勇教授共同通讯，在Plant Biotechnology Journal上发表了最新研究成果，构建了7种激素间的调控网络，确定了调控甘蓝型油菜激素串扰的关键基因和转录因子。
文章题目
Comparative transcriptome profiling reveals the multiple levels of crosstalk in phytohormone networks in Brassica napus
第一作者：Dongxu Liu, Guanbo Yan
通讯作者：QingYong Yang, Cheng Dai
通讯单位：华中农业大学国家作物基因改良重点实验室
杂志：Plant Biotechnology Journal
影响因子：13.263/Q1
文章链接：
https://doi.org/10.1111/pbi.14063
研究背景
植物的生长发育受到许多外在和内在因素的调节。植物激素是一种小信号分子，是植物产生的内在因子之一，调节各种基本生物过程和对环境刺激的反应。激素在植物组织中合成，通过不同亲和的激素受体接收，并通过蛋白-蛋白相互作用、翻译后修饰和转录因子(TF)活性调控等信号转导刺激一系列基因表达，最终改变细胞功能和植物行为。在模式植物中，不同的植物激素通路在一个复杂的协同、拮抗相互作用网络中的整合已经被阐明。然而，甘蓝型油菜(Brassica napus)中激素串扰的转录反应系统水平是目前仍处于未知状态。
技术方案
比较转录组分析
构建不同层次激素crosstalk网络
研究意义
研究提供的激素处理综合转录组图谱为揭示甘蓝型油菜激素应答基因的功能提供了宝贵的资源；结合详细的生理和动力学分析，这些研究将有助于研究不同植物物种之间的激素串扰，并最终确定是否存在由共同靶基因代表的共同转录生长模块；同时也为未来甘蓝型油菜育种以及植物界的激素研究提供了全基因组基因表达的多种资源。
▲实验设计示意图以及甘蓝型油菜对激素处理的转录组响应
植物代谢产物是由一组结构基因编码的大量酶催化的，这些结构基因(如类黄酮生物合成)的表达受到枢纽转录调控因子的严格调控，激素稳态也可以通过激素应答转录因子重新编程。然而，在激素途径的调节中，中枢转录调节因子较少。通过构建甘蓝型油菜相关激素代谢基因的共表达网络，确定了一些负责相对激素代谢途径的转录调控因子，这些枢纽转录调控因子可以促进或抑制下游基因的表达。
▲激素生物合成基因的Crosstalk网络
值得注意的是，甘蓝型油菜B3转录因子BnaFUSCA3 (BnaFUS3)抑制了直接结合启动子序列BnaKO (entkaurene氧化酶)的表达。在拟南芥中，AtFUS3通过与AtGA3ox2启动子中存在的两个RY元件(CATGCATG)物理相互作用来抑制GA生物合成基因AtGA3ox2，这意味着FUS3介导的GA生物合成机制在甘油三酯和拟南芥中是保守的。
不同的植物激素在协同、拮抗和加性相互作用的复杂网络中共同影响激素稳态。研究人员展示了参与激素代谢的高度相互关联的基因网络，有助于研究用一种激素治疗应该导致多种激素水平的变化。研究发现外源生长素和GA分别诱导了大约21个和9个BR生物合成基因，而BR诱导了20个和10个生长素和GA生物合成基因的表达。这些结果支持了生长素和GA调控BR生物合成的观点，并且生长素和GA也可能依赖于合成的BR来促进甘蓝型油菜的生长。
▲调控赤霉素生物合成的关键转录因子鉴定
(a)：拟南芥中GA的生物合成途径
(b)：赤霉素生物合成调控网络
(c)：Bna转录调控网络
(d)：不同赤霉素生物合成基因启动子中转录因子结合位点示意图
(e)：用于双荧光素酶测定的结构示意图
(f)：双荧光素酶测定的LUC/REN比值
(g)：BnaA6与酵母单杂交互作试验
(h)：重组Bnac2的EMSA分析
除了激素之间的协同和加性转录调节外，还观察到激素之间的拮抗作用，GA和ABA在植物发育过程和环境响应中主要起拮抗作用。研究人员发现22个GA生物合成基因被外源ABA抑制，7个ABA分解代谢相关基因被外源GA诱导。有趣的是，FUS抑制甘蓝型油菜和拟南芥的ga生物合成基因；同时，FUS3还可以通过增加ABA水平来抑制萌发，这表明FUS3可能是控制内源ABA/GA比的中心转录因子。
▲细胞分裂素和赤霉素之间的相互作用是有效的
与蛋白质-蛋白质相互作用网络相比，意外发现了少数基因受多种激素共同调节。在甘蓝型油菜中，大约163个基因受7种激素的共同调控，这表明每种激素在转录水平上通过靶向参与发育和环境反应的基因家族的不同成员而独立起作用。虽然只有少数转录调控因子被激素共同调控，但这些基因的共表达网络揭示了这组枢纽基因可能参与了甘蓝型油菜激素信号通路的串扰。
甘蓝型油菜和拟南芥中GA与细胞分裂素之间的协同和拮抗相互作用表明，在某些情况下，可能需要重新审视串扰机制的解释，这对于研究不同植物物种中基因产物的细胞条件和生化功能至关重要。
▲甘蓝型油菜激素转录组平台功能介绍
所有数据均可从油菜种质资源网站在线获得：
http://yanglab.hzau.edu.cn/BnTIR/hormone
