米兰体育网页版涂晓雨团队开发了可解释的候选转录因子优选平台PURE（Plant Unified Regulation Explorer），相关论文“PURE: An interpretable framework for prioritizing candidate regulators of differential gene expression in plants”发表在Plant Communications。PURE将多组学证据与可解释机器学习相结合，围绕特定条件下的表达变化及目标通路，对候选转录因子进行排序并呈现支持依据，为后续实验检验提供调控参考。

研究背景

一次干旱处理、一次光暗转换，或果实的成熟过程，都可能伴随大量基因的表达变化。RNA-seq能够帮助识别“哪些基因的表达发生了变化”，但仅凭表达数据，仍难以确定“哪些上游转录因子参与调控这些表达模式变化”。共表达分析可揭示表达关联，却难以区分直接调控与间接效应。启动子基序（motif）扫描可提示潜在结合位点，但难以区分序列识别偏好相近的同家族转录因子，且单凭序列匹配容易产生假阳性。ChIP-seq可提供体内结合证据，其应用却常受抗体可用性、遗传转化条件和实验成本制约。因此，整合互补证据，依据特定条件下的表达变化优选值得实验验证的候选转录因子，是从转录组分析走向调控机制研究的关键一步，有助于理解植物生长发育与环境响应的分子机制。

研究内容

一、多源证据整合，为候选转录因子优先排序提供依据

PURE整合拟南芥、玉米、水稻和番茄的ChIP-seq/DAP-seq资源，经跨物种同源关系投射获得结合先验，并结合开放染色质与motif证据筛选；同时利用RNA-seq构建共表达网络，形成统一的转录因子–靶基因特征矩阵。随后，CatBoost学习这些特征与差异表达的关系，SHAP解释模型贡献，再仅保留有输入证据支持的 转录因子–靶基因归因，按目标基因集或通路汇总，得到候选转录因子排序（图1）。这一设计降低了对目标物种自身ChIP-seq数据的依赖，也不再仅凭共表达网络连接数或motif是否出现来筛选候选因子。输出是有证据支持、可供检验的调控假设，而不是直接的因果结论。

图1. PURE的多源证据整合与可解释候选转录因子排序框架。

二、适用于环境、发育与空间三类表达比较

PURE从特定表达变化和目标通路出发，可用于环境处理、发育时期与空间位置三类比较中的候选转录因子挖掘。

环境处理比较：支持挖掘环境响应相关的候选转录因子，例如光/暗、干旱/对照、低温/对照等表达比较。

发育时期比较：支持筛选发育进程相关的候选转录因子，例如幼嫩/成熟叶片、未熟/成熟果实等阶段比较。

空间位置比较：支持筛选空间分化相关的候选转录因子，例如叶尖/叶基等组织位置及叶肉/表皮等细胞类型比较。

研究在覆盖绿色植物谱系的 11 个物种中开展评估，涵盖bulk RNA-seq与单细胞表达对比。在环境和发育相关的比较中，差异表达分类的平均AUC超过 0.91，分析还扩展至玉米叶片空间梯度，以及拟南芥、水稻叶片的细胞类型比较（图2）。

图2. PURE在环境、发育与空间三类表达比较中的跨物种评估。

三、三大应用场景探索

围绕“物种—状态—通路”的不同组合，PURE支持跨状态、跨物种与跨通路三大应用场景，可比较候选转录因子的保守性与差异性（图3）。

同一物种、同一通路的不同状态比较：围绕玉米C4光合作用，对比叶片成熟、叶尖—叶基分化及干旱响应。AP2/ERF在多个比较中排名靠前，而干旱下MYB、WRKY等家族更为突出，帮助区分跨状态共有与胁迫偏向的候选转录因子。

不同物种、同一通路的相同变化状态比较：聚焦拟南芥、地钱和水稻由暗转光时的光系统响应，比较同源候选转录因子与光系统靶基因的关联，提示MYB-related候选调控轴具有跨谱系保守性，为研究光响应调控的共性与差异提供线索。

同一物种、相同变化状态下的不同生物学通路比较：以番茄果实成熟前后为统一比较，分析乙烯、类胡萝卜素、类黄酮和抗坏血酸相关通路。MADS-RIN、SBP-CNR与多个成熟模块广泛关联，部分AP2/ERF、HB-box成员则具有更强的通路选择性，从而区分跨通路共享与通路偏向的候选转录因子。

图3. PURE在跨状态、跨物种与跨通路场景中的候选转录因子比较。

四、从预测到实验：为番茄SlDOF3提供结合与表达证据

在番茄叶片光暗转换分析中，PURE筛选出在多个相关模块中得分较高、但相应功能证据较少的候选转录因子SlDOF3。研究团队构建了35S::SlDOF3–3×HA稳定转基因材料，ChIP-seq在SlLNK1、SlPCL1、SlESV1、SlBAM3、SlCAO1等预测位点检测到结合信号；RNA-seq也在相关通路及部分结合位点对应基因中检测到表达变化（图4）。这些结果支持PURE的候选筛选价值，但证据来自组成型过表达背景，尚不能据此认定SlDOF3的内源结合、光依赖性招募或其在天然光暗响应中的生理必需性。

图4. PURE引导的SlDOF3候选筛选与实验分析。

五、网页便捷分析与命令行定制扩展

网页端预配置 11 个物种。选择物种，上传差异表达基因列表与目标通路基因，设置证据权重和motif过滤等参数，即可查看模型评估、候选转录因子排序与调控网络，并下载结果。平台提供示例数据、Quick Start指南和视频教程。命令行端支持多组学矩阵构建、模型训练与通路可视化，便于批量分析，也可通过自备数据扩展到更多物种（图5）。

从环境、发育与空间三类表达比较，到跨状态、跨物种与跨通路三大应用场景，PURE为植物转录调控研究提供了可解释、可扩展的实验前候选筛选工具。

在线平台：https://plantencodedb.sjtu.edu.cn/pure/

GitHub：https://github.com/tulab-sjtu/PURE/

图5. PURE的命令行工作流与网页界面。

研究团队

米兰体育网页版博士研究生李传顺、杨乐意与博士后林堪德为论文共同第一作者，涂晓雨副教授为通讯作者。米兰体育网页版自动化与感知学院潘小勇教授、刘小健博士，以及米兰体育网页版陆钰明教授和马超研究员为本研究提供了重要指导。该研究得到国家自然科学面上、国家自然科学基金国际（地区）合作研究项目、上海市农业科技创新项目、宁夏回族自治区重点研发计划项目、米兰体育网页版“2030计划”等项目资助。

原文链接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(26)00426-8