芸苔素内酯在热胁迫下通过影响抗氧化能力和生长素途径调节白菜（Brassica rapa ssp. pekinensis）的耐热性

《Plant Science》：Brassinosteroid regulates thermotolerance through affecting the antioxidant capacity and the auxin pathway under heat stress in Brassica rapa ssp. pekinensis

　　

摘要

热胁迫威胁着植物的产量和品质。油菜素内酯 (BR) 被广泛用于农业生产，在调节植物生长和胁迫响应中起着重要作用，但关于其在白菜耐热性方面的功能鲜有报道。在本研究中，我们发现 BR 通过缓解叶片生长抑制来提高耐热性，而 BR 生物合成抑制剂油菜素内酯合成抑制剂 (BRZ) 处理显著降低了白菜的耐热性和植物生长。在热胁迫下，BR 处理抑制了丙二醛和 H₂O₂ 的积累，并增加了抗氧化相关酶活性和可溶性蛋白及游离脯氨酸的含量。多重转录组实验表明，BR 可能影响生长素通路中某些 BrSAUR 基因以及 ABA 生物合成和代谢基因的表达水平，从而提高耐热性。双荧光素酶报告基因检测和 VIGS 检测表明，BrBZR1 可以激活 BrSAUR9 表达，而 BrSAUR9 沉默的植物抑制植物生长。此外，BR 缓解了热胁迫下的光合作用系统损伤并增加了鲜重。我们的结果为 BR 在赋予白菜热胁迫下耐热性和生物量增加方面的功能提供了新的见解。

引言

全球变暖正在增加高温事件的频率，预计到 2050 年平均气温将上升超过 2 ℃ (Hansen et al., 2023)。热胁迫限制了植物生产力和农业可持续性 (Kan et al., 2023)。白菜 (Brassica rapa ssp. pekinensis) 是一种冷季叶菜类作物，理想生长温度为 18 ℃ 至 26 ℃ (Shi et al., 2023)。在秋播栽培期间，高温是影响叶片光合作用、叶球形成和蔬菜产量的主要非生物胁迫。迄今为止，关于缓解白菜热胁迫的外源策略鲜有报道。例如，褪黑素预处理可增强白菜的耐热性和抗氧化能力 (Teng et al., 2024)。因此，迫切需要进一步寻找提高白菜耐热性的有效策略。

高温触发植物的一系列形态、生理和分子变化 (Song et al., 2014, Casal and Balasubramanian, 2019)。热胁迫降低光合效率，破坏质膜稳态和通透性，改变酶活性，并触发植物中活性氧的爆发 (Zhao et al., 2020)。自由基如 O₂^- 和 H₂O₂ 的积累会导致热胁迫下的细胞损伤 (Allakhverdiev et al., 2008)。作为响应，植物增强抗氧化酶活性和渗透物质含量以缓解热胁迫引起的细胞损伤 (Chen and Li, 2016, Quan et al., 2022)。此外，热胁迫还会破坏叶绿体功能并导致光合作用系统 II 损伤、光合色素降解，从而降低光合效率 (Pucciariello et al., 2012, Hu et al., 2020)。热激转录因子在激活热激响应中起着重要作用，热激蛋白作为分子伴侣，限制热胁迫下的蛋白错误折叠和降解 (Hartl and Hayer-Hartl, 2002, Jacob et al., 2017)。事实上，作物生产和品质极易受到农业生产中不断升高的温度的影响。在水稻中，低 QT12 表达赋予田间耐热性，并在高温条件下提高籽粒品质和产量 (Li et al., 2025a)。携带 HapA 等位基因的 TaGLYI7 在小麦中表现出显著改善的干旱和热胁迫下的产量稳定性 (Lin et al., 2026)。最近的一项研究报告称，通过内源遗传调节或施用赤霉素微调生物活性赤霉素水平，是进一步提高水稻绿色革命品种碱热耐受性和产量的重要策略 (Guo et al., 2025)。然而，关于如何实现白菜耐热性与蔬菜产量之间协同作用的知识在很大程度上尚不清楚。

BR 在调节植物生长、发育、非生物和生物胁迫响应中起着至关重要的作用 (Nolan et al., 2020, Guo et al., 2024)。据报道，BR 广泛调节水稻和小麦产量性状的形成，包括籽粒大小和数量 (Tong and Chu, 2018, Ren et al., 2023, Song et al., 2023, Zhang et al., 2024)。一些 BR 信号组分对提高拟南芥和水稻的热胁迫耐受性至关重要。在拟南芥中，BR 信号的核心负调控因子 AtBIN2 可以通过磷酸化 AtHsfA1d 来抑制热激响应 (Luo et al., 2022)。在水稻中，质膜定位 E3 连接酶 OsTT3.1/OsDGS1 泛素化叶绿体前体蛋白 OsTT3.2 以提高耐热性，并通过泛素化 OsBRI1 参与 BR 信号 (Zhang et al., 2022a, Li et al., 2023)。在番茄中，BR 可以促进果实大小、果实软化和成熟 (Li et al., 2025b)。在白菜中，BrOPS 通过相互作用和拮抗 BrBIN2 来正向调节 BR 信号，控制白菜的叶球形成 (Zhang et al., 2022b)。然而，BR 在调节叶菜类作物耐热性中的作用在很大程度上尚不清楚。

在本研究中，我们通过白菜中 BR 和 BRZ 处理在形态生理、生化和转录水平上鉴定了 BR 的耐热能力。在热胁迫处理下，BR 可以增强抗氧化活性和渗透调节物质含量，并降低丙二醛 (MDA) 和 H₂O₂ 的含量。BR 可能通过调节某些 BrSAURs 和 ABA 通路相关基因的表达水平来提高耐热性，包括 BrSAUR9、BrSAUR16 和 BrNCED3。此外，BR 可以在维持白菜生物量的同时增强其耐热性。我们的发现阐明了 BR 在热胁迫下的功能，并为实现白菜耐热性与蔬菜生物量之间的协同作用提供了新的见解。

章节片段

植物材料和实验处理

将白菜种子 (品种‘早熟 5 号’) 播种在育苗盆中。幼苗在生长箱中培养 17 天，相对湿度保持在 70%，光合光子通量密度 (PPFD) 为 600 μmol m^-2 s^-1，光周期为 16 小时光/8 小时暗，温度恒定在 24℃。将表油菜素内酯 (epiBL) 和油菜素内酯合成抑制剂 (BRZ) 分别溶解在二甲基亚砜 (DMSO) 中制备工作液。所有溶液在使用前立即新鲜配制。

BR 提高高温处理下的耐热性

为了验证 BR 与白菜高温之间的关系，我们使用主要品种‘早熟 5 号’进行了外源 BR (24-epiBL，一种油菜素内酯类似物) 处理。 previous research reported that 0.1 μmol L^-1 BR increases hypocotyl length and changes glucosinolates content in Chinese cabbage (Zhang et al., 2022b, Wang et al., 2023). And we found that 0.1 μmol L^-1 BR can obviously alleviate heat stress injury based on the results of a pre-experiment (Fig. 1A; Fig.

讨论

全球变暖，极端高温加剧，是对蔬菜生产的重大挑战，但关于如何提高白菜耐热性并维持蔬菜产量的知识有限。在本研究中，我们发现外源 BR 处理是提高白菜耐热性的有效策略。BR 可以通过增加抗氧化相关酶的活性和含量来缓解叶片生长抑制并增强抗氧化能力

结论

在本研究中，我们通过白菜中 BR 和 BRZ 处理在生理和转录水平上鉴定了 BR 在耐热性调节中的功能。BR 增加了热胁迫下的耐热性和叶片生长，但 BRZ 表现出相反的功能。BR 减少了热胁迫下 MDA 和 H₂O₂ 的积累，并通过增加抗氧化相关酶活性以及可溶性蛋白和游离脯氨酸的含量来缓解氧化损伤。RNA-seq 分析

基金

本研究得到了浙江省自然科学基金 (LQN25C150008)、国家自然科学基金 (32272742)、浙江农林大学研究与开发计划 (2024LFR070)、浙江省大学生科技创新活动计划以及新苗人才计划 (2025R412A016) 的支持。

CRediT 作者贡献声明

徐丽: 验证，方法论，调查，形式分析。 黄慕俊: 写作 – 审查与编辑，验证，形式分析。 白晓宇: 验证，方法论，调查，数据整理。 臧云香: 写作 – 审查与编辑，资源，项目管理，调查，资金获取，数据整理。 应文龙: 写作 – 审查与编辑，形式分析。 杨超峰: 写作 – 审查与编辑，验证。 王彦冰: 写作 – 审查与编辑，

竞争利益声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本报告中的工作。

黄运帅 |郑美娜 |王彦冰 |徐丽 |白晓宇 |黄慕俊 |杨超峰 |应文龙 |臧云香

浙江省蔬菜种质创新与质量育种重点实验室，农业农村部亚热带果蔬质量安全控制重点实验室，浙江农林大学园艺科学学院，中国杭州 311300