清華新聞網(wǎng)3月25日電 全球氣候變暖導(dǎo)致的高溫環(huán)境嚴重威脅農(nóng)作物產(chǎn)量，熱脅迫能夠通過抑制光合作用效率阻礙植物生長并降低作物產(chǎn)量，然而其分子機制尚未完全闡明。與此同時，在高等植物線粒體和葉綠體中存在大量的編輯位點，異常的RNA編輯可導(dǎo)致植物發(fā)育缺陷和非生物脅迫響應(yīng)失調(diào)。RNA編輯對葉綠體中光合作用相關(guān)基因的調(diào)控至關(guān)重要，而熱脅迫則顯著抑制這一過程。熱脅迫是如何調(diào)控RNA編輯過程的？熱脅迫對光合作用的影響是否能夠通過對RNA編輯過程的調(diào)控來實現(xiàn)？
對此，3月21日，清華大學(xué)生命學(xué)院方曉峰課題組在《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表了題為“擬南芥中的MORF8蛋白響應(yīng)熱脅迫形成固態(tài)凝聚體抑制RNA編輯”（Solid-like condensation of MORF8 inhibitsRNA editing under heat stress in Arabidopsis）的研究論文。研究提出葉綠體定位的MORF8蛋白能夠在熱脅迫下形成固態(tài)凝聚體，并招募特定的RNA編輯因子PPR蛋白進入凝聚體中以減弱PPR蛋白與其靶向RNA的結(jié)合能力，從而降低葉綠體中對應(yīng)RNA位點的編輯效率，最終導(dǎo)致光合膜蛋白復(fù)合體（如NDH-PSI）活性受損，光合作用效率下降。
研究人員發(fā)現(xiàn)，RNA編輯因子MORF8能夠特異性地響應(yīng)熱脅迫發(fā)生相分離，在煙草和擬南芥中的一系列實驗都證實了MORF8的凝聚體是固態(tài)的，并且能夠通過離心分離獲得凝聚體組分（圖1）。
圖1.MORF8蛋白響應(yīng)熱脅迫形成固態(tài)凝聚體
研究人員發(fā)現(xiàn)，MORF8凝聚體能夠招募其他關(guān)鍵的RNA編輯因子，包括同屬于MORF蛋白家族的MORF2和MORF9，以及能夠識別并結(jié)合靶標編輯位點上游特異性序列的PPR蛋白。體外結(jié)合實驗表明，進入凝聚體的PPR蛋白與靶標RNA的結(jié)合能力顯著降低，這表明MORF8的聚集是不利于有活性的編輯體組裝的（圖2）。
圖2.MORF8蛋白凝聚體特異性招募PPR蛋白并抑制其RNA結(jié)合能力
進一步研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥在熱處理與恢復(fù)過程中，葉綠體MORF8凝聚體的數(shù)量與ndhD-2位點的編輯效率呈明顯的負相關(guān)關(guān)系。研究人員通過對一系列體內(nèi)實驗和光合作用相關(guān)參數(shù)的比較分析，建立了MORF8蛋白的相變與光合作用調(diào)控機制的耦合關(guān)系（圖3）。
圖3.MORF8蛋白凝聚體的數(shù)目和ndhD-2編輯效率的相關(guān)性
最后，研究人員還選取了兩種重要作物，水稻和大豆的MORF8同源蛋白進行保守性分析，發(fā)現(xiàn)OsMORF8和GmMORF8在熱脅迫下同樣形成IDR依賴的凝聚體，表明該機制在作物乃至整個被子植物類群中廣泛存在。
綜上所述，研究人員首次揭示了蛋白質(zhì)固態(tài)凝聚直接參與植物熱脅迫響應(yīng)，拓展了相分離在植物系統(tǒng)中的功能認知。此外，闡明MORF8通過“隔離-抑制”機制調(diào)控RNA編輯的范式，為逆境應(yīng)答研究提供了新視角。在被子植物中的保守性分析為MORF8及其同源蛋白作為作物耐熱性分子育種的靶點，設(shè)計抗逆穩(wěn)產(chǎn)作物提供了理論依據(jù)。
清華大學(xué)生命學(xué)院副教授方曉峰為論文通訊作者，生命學(xué)院博士后吳婕為論文第一作者。中國科學(xué)院植物研究所教授楊文強和王月博士、清華大學(xué)生命學(xué)院研究員陳浩東和福建農(nóng)林大學(xué)教授徐通達給予了幫助和寶貴建議。研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科技部重點研發(fā)計劃的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58146-1
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
