梨作為全球重要的經(jīng)濟(jì)果樹，其果實(shí)品質(zhì)直接影響市場(chǎng)價(jià)值。然而，梨果實(shí)發(fā)育過程中糖分積累、石細(xì)胞形成等關(guān)鍵性狀的調(diào)控機(jī)制長期未被系統(tǒng)解析。近日，科研團(tuán)隊(duì)在《Journal of Integrative Plant Biology》發(fā)表突破性研究，首次構(gòu)建了覆蓋4.5萬余個(gè)基因、包含315萬條調(diào)控關(guān)系的梨果實(shí)發(fā)育多組學(xué)整合網(wǎng)絡(luò)，為解析果實(shí)品質(zhì)形成機(jī)制提供了全新視角。

研究團(tuán)隊(duì)通過整合三維基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等六類數(shù)據(jù)，構(gòu)建了層次分明的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)體系。在共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)層面，科研人員采用WGCNA、皮爾遜相關(guān)系數(shù)及GENIE3算法，對(duì)六個(gè)發(fā)育階段的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，最終形成包含2.2萬個(gè)基因節(jié)點(diǎn)的高置信度網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)特別識(shí)別出1,937個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，為理解基因協(xié)同調(diào)控模式奠定基礎(chǔ)。非編碼RNA網(wǎng)絡(luò)則通過全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，揭示了2.57萬個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的復(fù)雜調(diào)控關(guān)系，其中l(wèi)ncRNA與circRNA的參與為果實(shí)發(fā)育研究開辟新方向。

三維基因組分析帶來突破性發(fā)現(xiàn)。通過對(duì)盛花后15天果實(shí)的Hi-C測(cè)序，研究構(gòu)建了包含1.1萬個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間互作網(wǎng)絡(luò)，成功將基因組的物理鄰近關(guān)系轉(zhuǎn)化為可分析的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。更引人注目的是蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建策略：科研人員不僅整合了已發(fā)表的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)和擬南芥同源互作信息，還引入AlphaFold3預(yù)測(cè)的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，結(jié)合分子對(duì)接技術(shù)，識(shí)別出近20萬條高置信度互作關(guān)系。這種多維度驗(yàn)證方法顯著提升了網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

新構(gòu)建的整合網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)出強(qiáng)大的功能解析能力。在糖代謝調(diào)控研究中，網(wǎng)絡(luò)成功預(yù)測(cè)出PbrSnRK1β蛋白作為蔗糖水解關(guān)鍵調(diào)控因子。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證顯示，該蛋白與PbrvacInv5、PbrI15形成調(diào)控模塊，過表達(dá)實(shí)驗(yàn)證實(shí)其能顯著提升果實(shí)和愈傷組織中的蔗糖水解效率。針對(duì)石細(xì)胞形成這一品質(zhì)難題，網(wǎng)絡(luò)分析揭示了轉(zhuǎn)錄因子bHLH、MYB與非編碼RNA的協(xié)同調(diào)控機(jī)制，特別是PbrLAC5作為PbrNSC下游靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)，與已知研究形成交叉驗(yàn)證。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用推向新高度。通過整合基因網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣骱投嘟M學(xué)定量數(shù)據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在糖代謝和石細(xì)胞形成相關(guān)基因預(yù)測(cè)中分別達(dá)到0.81和0.88的AUC值。基于該模型篩選的506個(gè)高置信度基因中，9個(gè)基因的過表達(dá)實(shí)驗(yàn)直接證實(shí)了其對(duì)可溶性糖含量的顯著影響，其中山梨醇脫氫酶同源基因Pbr032775.1的過表達(dá)使總糖含量提升達(dá)35%。

為促進(jìn)數(shù)據(jù)共享，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了開放數(shù)據(jù)庫pearGRN（http://peargrn.njau.edu.cn）。該平臺(tái)集成六大獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)和整合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，提供包括節(jié)點(diǎn)搜索、網(wǎng)絡(luò)比對(duì)、轉(zhuǎn)錄因子預(yù)測(cè)在內(nèi)的12種分析工具。用戶可實(shí)時(shí)查看蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分子對(duì)接模擬，或利用"TraitConnect"工具預(yù)測(cè)基因與性狀的關(guān)聯(lián)性。數(shù)據(jù)庫上線三個(gè)月已吸引全球30余個(gè)國家的科研人員訪問使用，成為梨分子育種領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

這項(xiàng)研究不僅深化了對(duì)果樹品質(zhì)形成機(jī)制的理解，其構(gòu)建的多組學(xué)整合策略和機(jī)器學(xué)習(xí)框架更為植物復(fù)雜性狀研究提供了可復(fù)制的范式。隨著更多物種數(shù)據(jù)納入，該網(wǎng)絡(luò)有望推動(dòng)整個(gè)果樹學(xué)科的調(diào)控機(jī)制解析進(jìn)入系統(tǒng)生物學(xué)時(shí)代。