随着全球气温持续上升，高温已成为威胁农业生产的重要因素。了解植物如何感知并应对高温，对保障作物稳定生长至关重要。近年来的研究表明，细胞内大分子的“相分离”现象可能是植物感知温度变化的一种关键方式，但这一过程的具体机制仍不完全明了。在植物中，应激颗粒（stress granules）是在应对高温等胁迫时形成的特殊结构，它们对提高植物的耐热能力具有重要作用。

近日，深圳湾实验室黄恺课题组与清华大学方晓峰课题组联合研究，于Cell Research发表了题为A thermosensor FUST1 primes heat-induced stress granule formation via biomolecular condensation inArabidopsis的论文，首次揭示了植物细胞如何感知高温并启动应激颗粒组装的全新机制。

研究在拟南芥中鉴定出一种全新蛋白FUST1，它能够在高温下发生相分离。在常温下，FUST1均匀分布在细胞质中，但在高温刺激下，它会迅速聚集形成凝聚体，并且这种变化是可逆的（图1A）。体外实验表明，FUST1也能进行相分离，且随着温度升高，相分离能力增强（图1B）。结合增强采样分子动力学模拟和生物物理实验揭示FUST1通过其类朊病毒域（PrLD）感知温度变化，这一区域编码一个“温度开关”。在低温下，PrLD局部区域以自抑制形式互作形成beta-sheet结构锁住自身构象，降低与其他蛋白互作几率；在高温下，该局部区域互作变弱导致beta-sheet结构被释放，蛋白经历“锁定到开放”的构象变化（图1C-E），进而调控FUST1分子之间的相互作用（图1E-F）。

图1 FUST1直接感受高温发生相分离及其物理机制。（A）植物细胞受到高温刺激后FUST1在细胞质中迅速发生相分离形成凝聚体；（B）FUST1体外相分离随着温度升高而增强；(C-F) 增强采样分子动力学模拟揭示FUST1高温相分离“热感应锁”分子机制。

研究进一步发现FUST1凝聚体能够招募应激颗粒的经典组分，但其形成早于应激颗粒的组装。双荧光标记实验显示，FUST1凝聚体形成后，应激颗粒的组分开始聚集到其中。当FUST1基因被敲除时，应激颗粒的形成会被延迟，且植物的耐热性减弱，这表明FUST1在应激颗粒组装中起到了关键作用。此外，FUST1的同源蛋白在其他陆生植物中也普遍存在，其参与热响应的PrLD序列在进化上高度保守。

综上，这项研究结合实验与理论计算深入揭示了FUST1通过相分离感知温度变化的分子机制，并为应激颗粒的形成提供了新的见解（图2）。FUST1及其同源蛋白在作物耐热性改良中的潜力，可能成为未来提升作物热适应性的一个重要研究方向。

图2 FUST1感知和响应温度的工作模型

清华大学方晓峰副教授和深圳湾实验室黄恺研究员为论文共同通讯作者，清华大学生命学院博士后耿攀、博士生李昌轩（已毕业）、深圳湾实验室助理研究员全学波和清华大学生命学院博士生彭佳璇为论文共同第一作者。该工作获得了国家自然科学基金、中国科技部重点研发计划、深圳湾实验室重大项目、深圳湾实验室开放基金和广东珠江人才计划等经费支持。

原文信息：

A thermosensor FUST1 primes heat-induced stress granule formation via biomolecular condensation inArabidopsis

文章来源|黄恺课题组

编辑|白 白

责编|远 山

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