Plant Physiol | 中科院东北地理所卜庆云团队揭示水稻BR信号负反馈调控新机制|东北地理所|中科院|介导|信号|卜庆云|水稻|磷酸化|负反馈

油菜素甾醇（brassinosteroids，BRs）是一类重要的植物激素，在调控植物生长发育和逆境适应过程中发挥关键作用。在水稻中，BR 信号强度与株型建成及籽粒发育密切相关：BR 信号减弱通常导致叶夹角减小、植株矮化和籽粒变小，而 BR 信号增强则可促进叶夹角和籽粒增大。因此，精确调控 BR 信号的激活与衰减，对于维持水稻正常生长发育、优化株型及促进产量形成具有重要意义。然而，BR 信号通路如何通过多层次调控机制实现信号强度的动态平衡，以及是否存在其他调控回路以实现信号的快速、精准调节，仍有待深入阐明。

近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所卜庆云团队在Plant Physiology在线发表了题为“OsGSK2-OsBSK3 feedback loop controls rice BR signaling”的研究论文。该研究揭示了由 OsGSK2 和 OsBSK3 介导的负反馈调控环路，阐明了水稻 BR 信号动态调控的新机制，为水稻理想株型和粒型协同改良提供了新的理论依据。

该研究发现，OsGSK2与OsBSK3存在相互作用，且OsGSK2能够直接磷酸化OsBSK3，并鉴定出六个关键磷酸化位点，分别为 Thr-55、Ser-56、Ser-65、Thr-221、Thr-321 和 Ser-336。进一步研究发现，OsGSK2 介导的磷酸化会削弱 OsBSK3对OsGSK2 激酶活性的抑制作用。遗传学分析显示，过表达野生型 OsBSK3或磷酸化缺陷型OsBSK3SA均可显著增强水稻对 BR 的响应，表现为叶夹角和籽粒增大，并完全回补osbsk3突变体的发育缺陷。相比之下，过表达磷酸化模拟型OsBSK3SD则导致 BR 信号响应减弱，表现为叶夹角直立、籽粒变小和株高降低。

图1. OsGSK2介导的OsBSK3磷酸化降低水稻BR信号反应

基于上述研究结果，研究团队提出了 “OsGSK2-OsBSK3环路调控BR信号”的工作模型：当BR信号激活时，OsBSK3抑制OsGSK2的激酶活性，从而促进下游转录因子OsBZR1 发挥功能；与此同时，OsGSK2活性降低，导致其对 OsBSK3的磷酸化减少，使OsBSK3得以持续发挥对OsGSK2的抑制作用，从而维持BR信号输出。当BR信号减弱时，OsGSK2对OsBSK3的磷酸化增强，进而削弱OsBSK3对OsGSK2的抑制作用，使OsGSK2 维持较高活性，促进 BR 信号衰减。该环路如同一个“分子安全阀”和“动态刹车”，既能促进BR信号激活，又可防止信号过度，确保水稻BR信号稳态平衡。该研究不仅深化了对水稻BR信号精细调控机制的认识，也为通过分子设计改良水稻叶夹角、株型和粒型等产量相关性状提供了重要基因资源和理论依据。