油菜素内酯通过多组学协同调控增强水稻种子萌发期耐盐性的机制研究

针对盐胁迫抑制水稻种子萌发的生产难题，盐城工学院海洋与生物工程学院团队通过种子特异性过表达BR(油菜素内酯)合成限速基因OsDWF4，结合代谢组与转录组分析，揭示BR通过激活SOD/POD/CAT抗氧化系统、调控苯丙烷类代谢途径增强耐盐性的新机制，为直播稻耐盐品种选育提供分子靶点。

　　

盐胁迫是制约水稻生产的重大环境因素，而种子萌发作为植物生命周期的起始阶段对盐分尤为敏感。在直播稻栽培模式推广过程中，如何提高种子萌发期的耐盐性成为关键科学问题。油菜素内酯(Brassinosteroid, BR)作为一种促进生长的植物激素，已被证实能缓解水稻的多种非生物胁迫，但其在种子萌发阶段抵抗盐胁迫的具体分子机制尚不明确。

盐城工学院海洋与生物工程学院Min Xiong团队在《Journal of Integrative Agriculture》发表的研究，通过种子特异性过表达BR生物合成限速基因OsDWF4，构建内源BR含量升高的DWF4-OX转基因株系，结合外源BR处理实验，系统解析了BR增强水稻种子耐盐性的多组学机制。研究采用抗氧化酶活性检测、非靶向代谢组学和转录组测序等技术手段，以粳稻品种'日本晴'为材料，设置150 mM NaCl模拟盐胁迫条件。

¹BR对种子萌发的调控作用

实验证实DWF4-OX转基因株系在盐胁迫下的发芽率显著提高，与外源施加24-表油菜素内酯(24-epiBL)效果一致，表明内源BR水平的提升直接增强种子耐盐性。

²抗氧化系统的激活

生理检测显示BR处理显著提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性，其中DWF4-OX株系的SOD活性较野生型提升2.3倍，有效清除盐胁迫诱导的活性氧积累。

³代谢重编程特征

非靶向代谢组学鉴定到58个差异代谢物，主要富集于苯丙烷生物合成通路。关键代谢物如松柏醇(coniferyl alcohol)和对香豆酸(p-coumaric acid)含量显著增加，这些苯丙烷类物质是木质素合成前体，可能增强细胞壁对盐离子的屏障作用。

⁴转录调控网络

转录组分析发现内源和外源BR共同调控5个核心靶基因，涉及二苯乙烯类(stilbenoids)、二芳基庚烷类(diarylheptanoids)和姜辣素(gingerols)合成通路。其中编码苯丙氨酸解氨酶的OsPAL₄表达量上调4.1倍，是苯丙烷代谢的关键调控点。

该研究首次从多组学层面阐明BR通过"抗氧化酶激活-代谢流重定向-防御物质合成"的三级调控网络增强种子耐盐性。发现的OsDWF4-OsPAL₄分子模块为耐盐直播稻品种设计提供新策略，相关代谢标记物可用于耐盐性早期筛选。研究创新性地将BR调控机制从营养生长阶段拓展至种子萌发阶段，为植物激素时空特异性功能研究提供范式。