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(yán)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(jī)制尚未完全闡明,。與此同時(shí)，在高等植物線粒體和葉綠體中存在大量的編輯位點(diǎn),，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(duì)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(duì)光合作用的影響是否能夠通過對(duì)RNA編輯過程的調(diào)控來實(shí)現(xiàn)？
對(duì)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(jìn)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(duì)應(yīng)RNA位點(diǎn)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(shí)驗(yàn)都證實(shí)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(shí)別并結(jié)合靶標(biāo)編輯位點(diǎn)上游特異性序列的PPR蛋白。體外結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明,，進(jìn)入凝聚體的PPR蛋白與靶標(biāo)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(jìn)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(diǎn)的編輯效率呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。研究人員通過對(duì)一系列體內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jìn)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(jī)制在作物乃至整個(gè)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(rèn)知,。此外,，闡明MORF8通過“隔離-抑制”機(jī)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(diǎn),，設(shè)計(jì)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(qiáng)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(dá)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(diǎn)研發(fā)計(jì)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
