Advanced Science | 南京农业大学/牛津大学揭示蛋白质“液-液相分离”调控mRNA剪接抑制植物免疫的新机制

近日，牛津大学生物系黄杰博士与农林生物安全全国重点实验室、南京农业大学作物疫病团队董莎萌教授合作在Advanced Science在线发表了题为A Phase-Separated SR Protein Reprograms Host Pre-mRNA Splicing to Enhance Disease Susceptibility的研究论文。该研究综合运用生物化学、转录组学和基因编辑等多种技术手段，首次揭示了马铃薯晚疫病菌寄主植物中重要剪切因子SR蛋白家族成员SR30通过液-液相分离（LLPS）形成凝聚体，影响关键防御基因转录本的可变剪接效率，抑制植物免疫反应的作用机制。

可变剪接是一种通过选择性剪接前体mRNA中外显子与内含子，从而产生多种不同成熟mRNA分子的分子机制，该过程在生物应对逆境胁迫中发挥重要的作用。深入解析病原菌-植物互作中的剪切调控机理，靶向关键遗传位点改良作物抗病性，是一种基础研究到产业应用的积极探索，为此，南京农业大学作物疫病团队在前期研究中取得了系统性工作进展。（1）发现了疫霉菌效应子靶向植物剪接因子并增强其蛋白稳定性，从mRNA可变剪切层面调控植物免疫反应的全新致病机制（Nature Communications, 2017；New Phytologist, 2019）；（2）构建了新型的可变剪接报告系统（Molecular Plant, 2020），广泛应用于病原菌致病因子的功能筛选和新型剪切调控因子的鉴定。该剪接报告系统已向国内外60余个课题组共享，促成研究成果发表在Cell Host & Microbe、Science Advances、Cell Reports、Plant Cell等高水平期刊；（3）揭示了马铃薯持久抗晚疫病基因RB通过可变剪切精细调控其基因表达水平进而平衡马铃薯生长与抗性的分子机制（Plant Cell, 2024）。

虽然疫霉菌干扰寄主RNA可变剪接抑制植物免疫的理论研究取得了部分进展，但该机制在作物抗病性改良中的应用潜力尚未被深入探索。该研究结合分子生物学、细胞生物学、转录组学与遗传学等多种技术手段，从番茄SR蛋白家族中筛选出一个植物免疫的负调控因子SR30。该基因在致病疫霉等多个病菌侵染期间显著上调表达，通过液-液相分离在细胞核中形成凝聚体，干扰防御基因的可变剪接从而抑制植物免疫。SR30的相分离能力和免疫功能依赖其两个固有无序区（IDR2和IDR5），并促进其与剪接因子的互作。敲除SR30后，凝聚体消失，可变剪接恢复正常，番茄对多种疫霉菌表现广谱抗性。该研究系统揭示了剪接因子SR30通过相分离调控可变剪接从而负调控植物免疫的分子机制，拓展了对相分离蛋白在植物免疫调控中作用机制的理解，并为作物疫病的绿色防控提供了重要理论依据。

SR30负调控植物免疫的工作模型

该研究由牛津大学生物系黄杰博士与南京农业大学董莎萌教授担任共同通讯作者，博士生闫东为第一作者，田峰奇、舒海东、陈汉和毕业生彭倩、吴宏伟，中国农业科学院蔬菜花卉研究所赵建龙副研究员也参与了本研究。南京农业大学王源超教授、李刚教授和美国科罗拉多州立大学Anireddy Reddy教授为本研究提供了重要指导，南方科技大学吴柘教授与德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学Andreas Wachter教授对本研究也提出了宝贵建议。南京农业大学徐毅教授、孔亮教授、李昱辰副教授、博士后孙碧莹，以及宾夕法尼亚州立大学博士后陈玲在实验与数据分析过程中提供的重要帮助。本研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、欧洲研究理事会（ERC）高级研究资助计划、广东省基础与应用基础研究重大项目、国家现代农业产业技术体系等项目的资助。

黄杰博士目前就职于牛津大学生物系，长期聚焦于生物大分子的加工与活性调控，利用化学生物学、合成生物学、人工智能等前沿技术手段深入开展疫霉菌致病机制解析与大豆、番茄、马铃薯等作物的抗病性改良，取得了一系列创新性研究成果。相关成果以第一作者和通讯作者（含共同）发表在Nature Communications（2篇）、Molecular Plant、Advanced Science、New Phytologist、Journal of Experimental Botany等期刊。连续3次应邀在国际分子植物与微生物互作大会进行学术报告，还受到Google DeepMind公司在“全球粮食安全与人工智能应用”领域的专访。

论文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202500072