高温热害严重影响植物生长发育和生殖生存，因此挖掘高温抗性基因资源、探究植物高温响应机制成为当前亟待解决的重大科学问题。作为固着生物，植物进化出了复杂的信号网络来感知环境温度的变化，并通过复杂多样的信号转导途径响应热胁迫，其中信使RNA可变剪接（mRNA alternative splicing, AS）能响应温度变化，产生不同的蛋白质变体，在植物抵抗热胁迫过程中发挥重要功能。近年来有众多研究显示，蛋白质液-液相分离（Liquid-Liquid Phase Separation, LLPS）在生物体感知环境胁迫中发挥重要功能，但植物如何通过mRNA可变剪接和蛋白LLPS协同作用抵御高温，尚鲜有报道。
近日，安徽农业大学生命科学学院、作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室李培金教授团队在国际著名期刊Nature Communications在线发表了题为“Cooperative condensation of RNA-DIRECTED DNA METHYLATION 16 splicing isoforms enhances heat tolerance in Arabidopsis”的研究论文。该研究首次发现了RDM16能够响应温度形成凝聚物，且RDM16的两种剪接变体RDL和RDS在耐热性方面有着不同的作用，RDS能促进RDL形成凝聚物从而提高植物耐热性。
论文通过对37℃处理不同时间的野生型C24进行转录组测序，然后对转录组数据进行基因表达趋势分析和KEGG富集分析，最后确定受高温诱导上调的19条基因编码snRNPs（小核核糖核蛋白，剪接体的组成部分）。最后通过亚细胞定位，发现RDM16受温度影响定位发生变化，在细胞核中出现多个荧光斑点（图1）。 激光共聚焦显微镜对温度处理前后的回补转基因株系的根尖细胞进行观察，发现温度处理后，RDM16形成更多的颗粒并且细胞核内侧呈现不规则形状。接着又通过一系列体内体外证据，证明RDM16蛋白可以响应温度发生凝聚（图2）。 蛋白保守结构域分析发现RDM16的N端含有低复杂性结构域（LCD，促进蛋白质间发生相分离）CC1，PONDR相分离网站预测显示RDM16具有四个内在无序区域（IDRs）。蛋白序列进行截短和氨基酸突变确定了IDR1中的精氨酸残基调控RDM16发生凝聚。通过对精氨酸突变后的回补转基因株系（RDM16pro:RDM16mu-GFP）和正常回补转基因株系（RDM16pro:RDM16-GFP）进行耐热性处理，发现精氨酸突变后的植株表现出较低的存活率。表明RDM16的蛋白凝聚对其耐热性的重要性（图3）。 在对RDM16进行基因克隆时，发现除正常的典型mRNA（RDL: RDM16-LONG）外，还存在一个较短的转录本（RDS：RDM16-SHORT），在第2个外显子缺失了79 bp，导致蛋白翻译提前终止，编码一个小的蛋白质。RDS和RDL均受温度诱导表达。蛋白互作和相分离实验证明，RDL与RDS能够互作，并且RDS可以促进RDL形成凝聚物（图4）。 通过对RDS转基因株系的耐热性分析，发现RDS回补转基因株系不能恢复突变体的不耐热表型，而过表达株系能提高野生型的耐热性，说明RDS需要在RDL存在时才能发挥耐热作用。进一步通过杂交技术（RDL+RDS），确定了RDS能够提高RDL的耐热性（图5）。 该研究为植物响应高温胁迫的蛋白相分离功能提供了独特研究视角，也为培育耐高温作物提供了重要基因资源和理论依据。论文第一作者为安徽农业大学生命科学学院2020级博士生马晶和2024级博士生李帅，李培金教授和青年教师王传宏博士为该论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划（2022YFD1201803）和安徽省科技重大专项（202203a06020005）经费的资助。链接：文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-55850-w?utm_source=rct_congratemailt&utm_medium=email&utm_campaign=oa_20250107&utm_content=10.1038/s41467 -025-55850-w长按下方二维码关注全球植物研究进展，更多精彩将会为您呈现！
