水稻盐胁迫下ncRNA-基因-代谢物多维调控网络的构建与代谢重编程机制解析

本研究针对水稻盐胁迫响应中非编码RNA(ncRNA)协同调控代谢重编程的机制难题，通过整合代谢组(UPLC-MS/MS)、转录组及ncRNA测序技术，构建了包含6,201个差异表达基因(DEGs)、458个miRNA、970个lncRNA和177个代谢物的四维调控网络。研究发现耐盐品种Pokkali通过稳定多胺/酚胺代谢和脂质稳态，其差异代谢物(DAMs)数量较敏感品种NIP减少51.96%(地上部)和31.37%(根部)，首次提出Osa-miR408-3p负调控Os03g 0709300的新模块，为水稻抗逆育种提供新靶点。

　　

全球粮食安全正面临土壤盐渍化的严峻挑战，作为主要口粮的水稻(Oryza sativa L.)在盐胁迫下常出现代谢紊乱导致减产。虽然已知多胺、酚胺等代谢物能增强植物抗逆性，但非编码RNA如何协同调控这些代谢通路？耐盐品种是否存在独特的基因-代谢网络？这些问题长期困扰着研究者。海南大学热带作物育种国家重点实验室的Tong Haiyang等团队在《Rice》发表的研究，通过创新性构建"lncRNA-miRNA-mRNA-代谢物"四维调控网络，揭开了水稻应对盐胁迫的分子密码。

研究采用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)代谢组学、链特异性转录组测序和sRNA测序技术，分析耐盐品种Pokkali、敏感品种Nipponbare(NIP)和中籼9311在150 mM NaCl处理72小时后的多组学变化。通过psRNATarget预测和双荧光素酶报告系统验证关键调控关系。

代谢特征揭示耐盐品种的稳态优势
盐胁迫下共鉴定327种代谢物，其中脂质、多胺和酚胺类波动最显著。耐盐品种Pokkali的地上部和根部DAMs数量分别比NIP减少51.96%和31.37%，其特有的8种地上部上调代谢物中，N¹
,N⁵
,N¹⁰
-三对香豆酰亚精胺等多胺/酚胺含量显著高于其他品种。特别值得注意的是，磷脂酰胆碱(PC)、溶血磷脂酰胆碱(LPC)等膜脂在Pokkali根部特异性积累，提示脂质代谢重编程可能是其耐盐的关键机制。

转录组揭示品种特异性调控策略
18,597个DEGs中70.8%呈现基因型特异性表达。Pokkali特有的R10基因簇富含细胞壁构建相关基因(如OsMORE1a)，而NIP特异性激活的R9簇包含已知抗盐基因OsbHLH035。引人注目的是，尽管Pokkali整体转录扰动较小，但其特异性激活了活性氮清除和离子区隔化通路，这种"精准调控"模式可能是其维持生理稳态的核心。

ncRNA介导的层级调控网络
新鉴定的3,316个lncRNA和458个miRNA中，80.38%的DElncRNA和66.1%的DEmiRNA具有品种特异性。实验验证了Osa-miR408-3p通过结合Os03^g
0709300的编码区抑制其表达，该基因编码质体蓝素样蛋白，其调控子网络涉及16个基因-代谢物对。网络分析发现21个多胺/酚胺合成基因被8个miRNA调控，每个miRNA又与2-11个lncRNA形成反馈环，例如Osa-miR396a-5p可能通过靶向精胺合成酶基因OsSPMS1调控多胺代谢。

这项研究开创性地提出"网络调控替代单基因效应"的概念，阐明耐盐品种通过ncRNA介导的代谢网络稳定性实现抗逆性。发现的Osa-miR408-Os03^g
0709300等新型调控模块为分子设计育种提供靶点，而PC/LPC等膜脂的潜在功能则开辟了抗盐研究新方向。该四维调控框架不仅适用于水稻，也为其他作物的逆境生物学研究提供了范式。