清華新聞網(wǎng)11月21日電 氣孔（stomata）是植物葉片表皮成對保衛(wèi)細(xì)胞及空腔組成的開孔結(jié)構(gòu)。多種致病細(xì)菌和真菌通過氣孔入侵植物引發(fā)嚴(yán)重的植物病害，保衛(wèi)細(xì)胞則會感知病原菌信號，關(guān)閉氣孔以限制病原菌入侵，該過程被稱為氣孔免疫（stomatal immunity），構(gòu)成植物有效阻止病原菌入侵的首要防線。解析氣孔免疫的分子機制對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)動形成的生物分子凝聚體，在植物生長發(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，研究團隊首先通過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)，篩選到一個在保衛(wèi)細(xì)胞中高表達的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，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，該過程對于氣孔免疫至關(guān)重要。進一步研究發(fā)現(xiàn)，病原菌激活的MAPK級聯(lián)信號通路MPK3/MPK6能直接磷酸化SAIR1促進其相分離，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，通過招募翻譯相關(guān)調(diào)控因子促進抗病基因的翻譯，最終經(jīng)由水楊酸信號途徑促進氣孔關(guān)閉。SAIR1在保衛(wèi)細(xì)胞的高表達使其能響應(yīng)病原菌信號形成凝聚體賦予植物氣孔免疫抗性，而其在葉肉細(xì)胞的較低表達水平則在賦予植物基礎(chǔ)抗性的同時避免引發(fā)過度免疫，該表達模式為植物實現(xiàn)生長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)濟作物的SAIR1均能響應(yīng)病原菌信號形成凝聚體，調(diào)控番茄氣孔免疫過程。因此，該研究有望助力通過分子改良和遺傳育種等手段增強作物氣孔免疫水平，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)病原菌信號而介導(dǎo)氣孔免疫的分子機制，為作物抗病育種提供了重要線索。
圖3.SAIR1介導(dǎo)氣孔免疫的機制模型
同期《自然·植物》以《研究簡報》（Research Briefing）的形式發(fā)表了題為“生物分子凝聚物將病原體信號轉(zhuǎn)化為氣孔關(guān)閉”（Biomolecular condensates translate pathogen signals into stomatal closure）的評述論文，強調(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級博士生余強勝為論文第一作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(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
