油菜素甾醇 (Brassinosteroid, BR) 等植物激素在调控植物生长发育和环境适应性中均发挥重要作用，在作物中显著调控产量和抗性相关的诸多农艺性状。在发挥功能的过程中，BR与其他激素包括生长素、赤霉素 (GA)、细胞分裂素、脱落酸 (ABA)、乙烯、茉莉酸 (JA)、水杨酸 (SA) 和独脚金内酯 (SL) 等存在密切相互作用，形成复杂的分子调控网络来维持激素稳态并平衡植物的生长和耐逆性。近年来，不同物种中越来越多的研究表明利用BR基因在作物遗传改良中具有巨大的潜力，部分研究暗示多种激素的平衡对于多性状协同改良具有重要意义。然而，目前对BR与其他激素互作调控作物农艺性状分子机制的理解仍然有限，限制了利用激素基因对作物多性状的协同改良。
2025年2月11日，JIPB在线发表了尹文超博士题为“Understanding brassinosteroid-centric phytohormone interactions for crop improvement”的特约综述论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13849)，总结了BR以及BR与其他激素互作调控作物农艺性状的分子遗传机制，为通过协调BR与各种激素之间的平衡，培育高产抗逆作物品种提供理论依据。
水稻作为一种模式作物，其单产由亩穗数、穗粒数、千粒重决定，其中亩穗数主要由有效分蘖数和种植密度共同决定，后者与水稻株型如株高和叶夹角等密切相关，这些产量性状均受BR显著调控。BR通过促进茎节细胞伸长调控株高，促进叶夹角组织近轴侧细胞伸长并抑制远轴侧厚壁细胞分裂和木质素沉积调控叶夹角，促进分蘖芽伸长来调控分蘖，从而影响株型和亩穗数。BR通过调控穗分枝分生组织的发育窗口来调控穗粒数，并通过促进颖壳细胞增殖、细胞扩张和籽粒灌浆来调控粒重 (图1)。
图1. BR调控水稻产量三要素及其相关性状
BR在合成和信号途径上与其他激素存在广泛互作，形成复杂网络调控作物各种农艺性状。在株高上，BR可促进GA积累，并激活细胞壁相关基因的表达，从而促进细胞伸长，BR与GA的互作具有很强的组织特异性和浓度依赖性。在此过程中，BR与生长素、ABA、JA途径的信号组分也存在广泛互作。此外，BR与SL拮抗调控细胞分裂和中胚轴伸长 (图2)。在叶夹角上，BR可显著促进叶夹角，而生长素、ABA、GA、JA和乙烯依赖或部分依赖与BR的互作来影响叶夹角。此外，生长素也可通过相对独立的途径负调控叶夹角 (图3A)。在籽粒大小上，BR与生长素、细胞分裂素、ABA、GA和乙烯也存在互作，协调细胞增殖和细胞扩张 (图3B)。BR与其他激素互作还参与调控分蘖、生物胁迫和非生物胁迫应答等。最后，本文例举了通过精细调控BR与其他激素的平衡从而促进作物产量的几个实例，并展望了BR领域相关的新发现和新技术对深入理解激素之间的协调机制，以及利用激素途径提高作物产量和抗性的启示意义。
图2. BR与其他激素互作调控株高
图3. BR与其他激素互作调控叶夹角和籽粒大小
作科所童红宁研究员为论文共同通讯作者。作科所博士生董娜娜、李熙成、杨彦钊同学以及作科所路则府研究员、周文彬研究员、钱前院士参与了论文的讨论、撰写和修改。相关研究得到国家自然科学基金和中国农科院创新工程项目资助。
文章引用：
Yin, W., Dong, N., Li, X., Yang, Y., Lu, Z., Zhou, W., Qian, Q., Chu, C., and Tong, H. (2025). Understanding brassinosteroid-centric phytohormone interactions for crop improvement. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13849
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自储成才科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-2351-1472698.html?mobile=1
收藏
