Nature Plants | 北京师范大学李杰婕团队揭示线粒体融合调控气孔免疫的分子机制

近日，北京师范大学李杰婕团队在Nature Plants上发表了题为MIRO1-mediated mitochondrial fusion is required for stomatal immunity in Arabidopsis的研究论文，揭示了线粒体融合调控气孔免疫的分子机制。

气孔免疫是植物抵御病原体入侵的第一道防线。通过调控气孔开闭，植物能够有效限制病原菌从叶片表面侵入。尽管气孔免疫相关的信号转导通路已得到较多研究，然而，免疫信号是否以及如何在细胞器层面被整合以驱动气孔关闭反应，此前鲜为人所关注。

线粒体不仅是细胞能量代谢的核心枢纽，也逐渐被认识是免疫信号整合与放大的关键平台。线粒体在细胞中持续经历融合与分裂两种动态过程，这一动态平衡对于维持线粒体功能稳态至关重要。在动物细胞中，线粒体内膜和外膜的融合分别由OPA1和MFNs蛋白介导。然而，在植物基因组中并未发现这两类蛋白的同源基因，因此，植物中介导线粒体膜融合的分子机器长期以来不清楚。

李杰婕团队近期在Advanced Science上发表的研究显示，病菌刺激后，细胞中的线粒体会依赖微丝骨架发生大规模融合，从而增强植物抗病能力（Hou et al., 2026, Advanced Science）。在此基础上，该团队，鉴定了一个定位于线粒体外膜的GTP酶MIRO1，证实其是植物中首个能够直接介导线粒体外膜融合的关键蛋白，并进一步解析了其如何协调免疫信号与线粒体功能，从而促进气孔免疫反应的分子调控机制。

该研究发现，气孔免疫的激活伴随着保卫细胞线粒体形态的显著变化，由短棒状转变为长线形。进一步分析表明，这一形态重塑主要源于免疫激活后线粒体融合频率的显著升高，使融合与分裂之间的动态平衡明显向融合方向偏移。值得注意的是，这一线粒体融合现象具有免疫特异性，在ABA处理或昼夜节律调控的气孔运动过程中均未观察到类似变化。

当MIRO1功能缺失时，保卫细胞中的线粒体在病原刺激下无法发生有效融合，气孔不能正常关闭，表明MIRO1介导的线粒体融合是气孔免疫反应所必需的关键过程。进一步的机制研究显示，免疫激活后，MIRO1会被MPK3/6磷酸化，该磷酸化修饰促进MIRO1发生寡聚，使其在线粒体融合位点富集。从而延长线粒体之间的接触时间，并提高其GTP水解酶活性，有效促进线粒体外膜融合。

以融合为主导的线粒体动态重塑为气孔免疫提供了关键的功能支撑。免疫过程中，线粒体融合有助于维持保卫细胞线粒体膜电位和细胞ATP水平，并促进线粒体活性氧的产生，为免疫信号的放大和气孔关闭提供必要的能量保障与信号支持。相反，在miro1突变体中，免疫激活过程中线粒体功能难以维持，膜电位、ATP水平和线粒体活性氧产生均受到影响，导致气孔关闭反应显著减弱。

值得注意的是，MIRO1的蛋白序列和功能在不同进化阶段的代表性植物物种中均高度保守。将其他物种中的MIRO蛋白表达至拟南芥miro1突变体中，均能够有效回补其突变表型，表明MIRO蛋白介导的线粒体融合机制在植物中具有高度的进化保守性。

综上所述，该研究鉴定了植物中首个直接介导线粒体融合的关键蛋白，系统阐明了植物气孔免疫过程中线粒体融合的分子调控机制。该研究不仅拓展了对线粒体在植物免疫中功能作用的认识，也为阐明植物免疫过程中免疫信号如何通过调控细胞器动态实现功能输出提供了新的思路。

MIRO1介导的线粒体融合在气孔免疫中的作用模式图

本研究由北京师范大学生命科学学院李杰婕教授课题组完成。李杰婕教授为论文通讯作者，已毕业博士研究生路鹏飞为论文第一作者。南京师范大学于海佳教授及硕士研究生刘津彤在MIRO1体外膜融合实验中提供了重要支持。感谢中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民研究员提供宝贵的实验材料，感谢北京师范大学韩生成教授和博士研究生郑凯峰在系统发育和基序分析中给予的帮助，感谢北京师范大学张毅教授、王伟教授和王友军教授在研究中提出的宝贵建议，感谢北京师范大学生命科学学院实验技术中心在实验实施过程中提供的专业技术支持。本研究得到国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助。

参考文献：

Lu, P., Li J et al. MIRO1-mediated mitochondrial fusion is required for stomatal immunity in Arabidopsis. Nat. Plants (2026).

Hou J., Lu P., Li J.et al. MDP25-VDAC3 complex orchestrates actin remodeling and mitochondrial dynamics to modulate innate immunity in Arabidopsis. Adv Sci. (2026).

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41477-026-02224-9