发育细胞:揭示RNA结合蛋白相分离在植物热应激反应中的作用

来源：分子植物卓越中心，2022年3月11日08:03

近日，中国科学院分子植物科学卓越与创新中心植物胁迫生物学研究中心植物分子遗传学国家重点实验室张衡研究组与中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心刘聪研究组合作，揭示了两个保守RNA通过独特的酪氨酸阵列(Tyr残基a)与蛋白质RBGD2 (RNA结合富含甘氨酸基团D2)和RBGD4结合

近日，中国科学院分子植物科学卓越与创新中心植物分子国家重点实验室植物逆境生物学研究中心张恒研究组与中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心刘聪研究组合作，揭示了两个保守的RNA结合蛋白RBGD2 (RNA结合富含甘氨酸基团D2)和RBGD4通过独特的Tyr残基阵列(TRA)诱导蛋白质液-液相分离(LLPS)，从而实现增强拟南芥耐热性的生理功能。

高温是导致作物减产的主要不利条件之一。作为固着生物，植物进化出一个复杂的信号网络来感知环境温度的变化，并能以多种方式响应热胁迫。例如，在转录水平，热休克转录因子HSFA1可以通过调节许多热响应基因的表达来提高耐热性。热胁迫也能诱导植物产生胁迫颗粒。应激颗粒是真核细胞应对各种应激的保守机制，主要由翻译停滞的信使核糖核蛋白(mRNP)组成。以往的研究表明，蛋白质的液-液相分离在胁迫颗粒的形成中起着重要作用，但蛋白质相分离与植物耐热性的直接关系尚未见报道。

本研究发现，RBGD2或RBGD4的突变降低了拟南芥在热胁迫后的存活率。正常情况下，RBGD2/4蛋白分散在细胞质和细胞核中。热处理后，RBGD2/4在细胞内形成动态颗粒结构。纯化的RBGD2/4蛋白在体外可被温度或溶液环境诱导产生液-液分离，形成动态液滴结构。进一步的研究表明，RBGD2/4低复杂度结构域(LCD)中的酪氨酸阵列是驱动RBGD2/4液-液分离的关键。TRA突变中一半或全部酪氨酸导致rbgd2/4体外相分离能力显著降低或丧失，植物细胞中热胁迫诱导的RBGD2/4颗粒数量显著减少或消失，转基因植物表现出与rbgd2突变体相似的热不稳定表型。在正常情况下，RBGD2/4蛋白与许多应激颗粒成分(如PAB2/4/8)相互作用，而热处理显著增加了RBGD2/4结合的蛋白和信使RNA(mRNA)的数量，包括多个热响应转录本(如HSFA2和HSP70)。

本研究揭示了两个新的胁迫颗粒RBGD2/4可以通过TRA对热胁迫响应的液液分离参与植物热胁迫响应，并建立了RNA结合蛋白的相分离与其耐热功能之间的直接关系，为探索植物胁迫颗粒的生物学功能提供了新的研究对象，为提高作物的耐热性提供了新思路。

相关结果发表在《发育细胞》上，题目是RBGD2/4的液-液相分离是阿拉伯抗热应激所必需的。本研究得到了中科院战略性先导科技项目、国家重点研发项目的资助。d计划、国家自然科学基金、上海市科委等项目。(100yiyao.com)

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