论文概览
河北师范大学分子与细胞生物学教育部重点实验室的张宝文和汤文强教授团队在国际著名植物学期刊New Phytologist上发表了题为“BSK family kinases are essential for brassinosteroid signaling and suppression of adventitious rooting by repressing the expression of LBD16”的研究论文。
研究过程中，植物在九圃人工气候室中培育，温度为22°C，相对湿度约55%，采用16小时光照、8小时黑暗的光周期（长日照条件），光照强度维持在100-120 μmol·m⁻²·s⁻¹。
该研究构建拟南芥BSK家族十一重突变体，揭示其在BR信号转导中高度功能冗余且不可替代，并发现BR通过BSK-BZR1模块抑制LBD16表达进而调控不定根发生的新机制。
文献引用的九圃产品——九圃人工气候室
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相关论文信息：https://doi.org/10.1111/nph.70924
研究成果
为探究BSK家族12个成员的功能，研究团队先利用GUS报告系统检测了除BSK7外11个基因的启动子活性，发现仅BSK12特异在精细胞表达，其余成员在幼苗、根、叶、花序及花药中呈不同表达模式（图1）。随后将各BSK成员在BR弱不敏感突变体bri1-5中过表达，发现多数可不同程度恢复其矮化表型，尤以BSK3、BSK4效果最明显（图2），说明该家族成员功能高度冗余，且大多正向调控BR信号。
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由于BSK家族功能高度冗余，单基因或少量基因突变难以显现明显的BR缺陷表型。研究团队通过多轮杂交结合CRISPR/Cas9技术，逐步构建出八重、九重直至十一重突变体 bsk-u，其中BSK1-8、BSK10-12 功能完全缺失或被敲低，BSK9表达显著下调。表型观察显示，bsk-u植株呈现极端矮化、叶片深绿卷曲、叶柄缩短等强BR不敏感特征，与BR受体缺失突变体 bri1-116表型高度相似；分子检测表明其对BR处理完全不响应，核心转录因子BZR1持续高度磷酸化而失活（图3）。上述结果从遗传学角度证实，BSK家族是 BR信号转导中必不可少的核心组分。
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为明确BSK在信号通路中的位置，研究团队在 bsk-u突变体中分别回补BSK3与持续激活型转录因子 bzr1-1D。结果显示，过表达BSK3可使突变体恢复至野生型表型（图4），表达bzr1-1D也能部分缓解其矮化及生长缺陷（图5）。这既证明bsk-u表型由BSK功能缺失导致，也证实BSK激酶位于BZR上游，通过激活BZR1调控植物生长。
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转录组测序（RNA-seq）分析表明，bsk-u突变体中大量BR响应基因的表达发生了紊乱，其中包括许多与根系发育相关的基因。GO富集分析提示，BR信号可能与不定根（AR）的发育密切相关。 通过叶片外植体不定根诱导实验，研究发现：
●野生型（Col-0）：外施BR会强烈抑制不定根的形成，而施加BR合成抑制剂（PCZ）则会促进不定根发生。
●信号缺陷突变体：bsk-u和bri1-5突变体表现出比野生型更多的不定根发生，且对BR处理不敏感。
●信号增强突变体：BR信号持续激活的bin2突变体则完全不能产生不定根（图7）。
这一系列遗传和生理实验强有力地证明，BR信号通路在不定根发生过程中起着负调控作用。
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为解析分子机制，研究团队围绕不定根关键调控因子LBD16展开研究。表达分析显示，BR可显著抑制野生型中LBD16的表达，但该抑制作用在bsk-u突变体中消失。双荧光素酶实验证明，BR通路核心转录因子BZR1能直接结合LBD16启动子并抑制其转录。遗传实验表明，LBD16缺失突变体在BR合成受阻时无法产生不定根，而过表达LBD16则可部分恢复被BR抑制的不定根发生（图8）。综上，该研究构建了完整信号通路：BR→BRI1→BSKs→BZRs 抑制 LBD16，进而调控不定根发生（图9）。.jpg)
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