清華新聞網(wǎng)11月21日電 氣孔（stomata）是植物葉片表皮成對(duì)保衛(wèi)細(xì)胞及空腔組成的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)。多種致病細(xì)菌和真菌通過(guò)氣孔入侵植物引發(fā)嚴(yán)重的植物病害，保衛(wèi)細(xì)胞則會(huì)感知病原菌信號(hào)，關(guān)閉氣孔以限制病原菌入侵，該過(guò)程被稱(chēng)為氣孔免疫（stomatal immunity），構(gòu)成植物有效阻止病原菌入侵的首要防線(xiàn)。解析氣孔免疫的分子機(jī)制對(duì)于防治植物病害具有重要意義。植物細(xì)胞存在液-液相分離驅(qū)動(dòng)形成的生物分子凝聚體，在植物生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)中發(fā)揮重要作用。然而，領(lǐng)域內(nèi)對(duì)于是否存在保衛(wèi)細(xì)胞特異凝聚體調(diào)控氣孔免疫及其分子機(jī)制尚不清楚。
11月13日，清華大學(xué)生命學(xué)院齊天從副教授課題組與合作者在《自然·植物》（Nature Plants）發(fā)表題為“病原體誘導(dǎo)的保衛(wèi)細(xì)胞SAIR1凝聚體通過(guò)翻譯調(diào)控以介導(dǎo)免疫”（Pathogen-induced condensation of the guard cell RNA-binding protein SAIR1 fine-tunes translation for immunity）的研究論文，首次揭示了保衛(wèi)細(xì)胞特異凝聚體調(diào)控氣孔免疫的分子機(jī)制。
圖1.SAIR1正調(diào)控氣孔免疫
為鑒定保衛(wèi)細(xì)胞特異的相分離蛋白，研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)b-isox小分子篩選，結(jié)合保衛(wèi)細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，篩選到一個(gè)在保衛(wèi)細(xì)胞中高表達(dá)的RNA結(jié)合蛋白，將其命名為SAIR1（stomatal immune RNA-binding protein 1）。研究表明，SAIR1偏好在保衛(wèi)細(xì)胞中表達(dá)，正調(diào)控氣孔免疫。
圖2.SAIR1受病原菌誘導(dǎo)在保衛(wèi)細(xì)胞中形成凝聚體
研究發(fā)現(xiàn)，在病原信號(hào)誘導(dǎo)后，SAIR1經(jīng)由液-液相分離特異地在保衛(wèi)細(xì)胞中形成凝聚體，該過(guò)程對(duì)于氣孔免疫至關(guān)重要。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，病原菌激活的MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)通路MPK3/MPK6能直接磷酸化SAIR1促進(jìn)其相分離，引發(fā)氣孔關(guān)閉。
隨后，研究人員綜合利用RIP-seq、RNA-FISH、Ribo-seq等技術(shù)發(fā)現(xiàn)保衛(wèi)細(xì)胞SAIR1凝聚體能結(jié)合抗病相關(guān)的mRNA，通過(guò)招募翻譯相關(guān)調(diào)控因子促進(jìn)抗病基因的翻譯，最終經(jīng)由水楊酸信號(hào)途徑促進(jìn)氣孔關(guān)閉。SAIR1在保衛(wèi)細(xì)胞的高表達(dá)使其能響應(yīng)病原菌信號(hào)形成凝聚體賦予植物氣孔免疫抗性，而其在葉肉細(xì)胞的較低表達(dá)水平則在賦予植物基礎(chǔ)抗性的同時(shí)避免引發(fā)過(guò)度免疫，該表達(dá)模式為植物實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)與抗病平衡提供了精妙的調(diào)控策略。
SAIR1在植物中是保守的，番茄等經(jīng)濟(jì)作物的SAIR1均能響應(yīng)病原菌信號(hào)形成凝聚體，調(diào)控番茄氣孔免疫過(guò)程。因此，該研究有望助力通過(guò)分子改良和遺傳育種等手段增強(qiáng)作物氣孔免疫水平，提高作物抗病能力。
綜上，該研究鑒定了首個(gè)調(diào)控氣孔免疫的凝聚體蛋白SAIR1，揭示了相分離響應(yīng)病原菌信號(hào)而介導(dǎo)氣孔免疫的分子機(jī)制，為作物抗病育種提供了重要線(xiàn)索。
圖3.SAIR1介導(dǎo)氣孔免疫的機(jī)制模型
同期《自然·植物》以《研究簡(jiǎn)報(bào)》（Research Briefing）的形式發(fā)表了題為“生物分子凝聚物將病原體信號(hào)轉(zhuǎn)化為氣孔關(guān)閉”（Biomolecular condensates translate pathogen signals into stomatal closure）的評(píng)述論文，強(qiáng)調(diào)該工作的重要性和意義。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授齊天從與首都師范大學(xué)教授宋素勝為論文共同通訊作者，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2020級(jí)博士生余強(qiáng)勝為論文第一作者。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41477-025-02154-y
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
