Cell Host & Microbe | 武汉大学胥国勇课题组揭示RNA结合蛋白PTBP3调控植物生长–抗性权衡的新机制

在系统性感染过程中，植物常出现组织损伤、植株矮化、产量下降甚至死亡。这些生长代价既可能源于病原物造成的直接伤害，也可能来自免疫反应引发的“免疫来源损伤”【1,2】。因此，如何在有效抗病的同时维持生长，是植物适应环境压力的核心生物学问题。

生长–抗性权衡（growth–defense trade-offs）高度依赖生长与抗性相关基因在表达强度、时间和空间上的精细调控【3】。除经典的DNA水平上的调控外，越来越多的研究表明，转录后mRNA层面的稳定性、翻译与降解等命运决定，同样在塑造免疫输出与生长韧性中发挥关键作用，而这些过程主要由 RNA 结合蛋白（RNA-binding proteins，RBPs）介导。然而，尽管植物中潜在 RBP 的数量甚至超过转录因子，其在生长–抗性权衡中的系统性功能仍缺乏深入解析。

近日，武汉大学高等研究院、杂交水稻全国重点实验室和湖北省洪山实验室胥国勇教授课题组在Cell Host & Microbe在线发表题为

Immune activation reprograms growth mRNA stability to shape plant growth–defense trade-offs

研究团队通过构建 RBP 在体内的蛋白互作网络，鉴定出一个调控植物免疫输出的关键 RNA 结合蛋白——多嘧啶区 RNA 结合蛋白PTBP3（POLYPYRIMIDINE TRACT-BINDING PROTEIN 3）。通过优化on-beads-RBN-Seq技术发现PTBP3 识别含有 Y-motif（富含 CU 碱基）的 growth mRNA，在转录后层面调控生长基因表达来重编程生长–抗性权衡。

图：RBP互作形成的Three-leaf-like 网络

该研究提出以 PTBP3/Y-motif 为核心的growth mRNA regulon模型：在免疫激活后，PTBP3 识别生长基因 5′-leader 中富含 CU 碱基的 Y-motif，并通过相分离组装 miRNA 介导以及 3′–5′ 和 5′–3′ 外切核酸酶介导的多条 RNA 降解通路，从而选择性清除生长相关 mRNA，包括重要靶标 GRF 家族成员，阻断其翻译。在 ptbp3 突变体或 GRF3 过表达材料中，GRF 水平升高不仅增强了抗病能力，同时还维持了免疫激活条件下的生长韧性。结合此前发现的 PABP/R-motif 介导 defense mRNA 选择性翻译调控机制，该研究揭示了 RBP/RNA regulon 在免疫应对中的功能分工：PTBP3/Y-motif（富含 CU）通路促进 growth mRNA （生长基因）降解，而 PABP/R-motif（富含 AG）通路促进 defense mRNA （抗性基因）翻译【4,5】，从而在DNA水平调控之外建立了精细调控生长–抗性权衡的转录后分子框架。

图：PTBP3/Y-motif（富含CU）和PABP/R-motif（富含AG）分别控制growth和defense mRNA的命运

武汉大学博士后周贵龙、牛瑞霞及朱思涛为该论文共同第一作者，胥国勇教授为通讯作者。武汉大学杨红春教授、仝永佳老师、博士汪辉和周雨露、博士后唐枝娟、博士生汪丸桢、熊思瑞、龙佳薇参与了该项工作。南方科技大学郭红卫教授和山东大学白明义教授提供了相关实验材料。该研究得到国家自然科学基金委、农业生物育种重大项目、湖北洪山实验室重大项目的资助。

相关文献：

1. Tang, Zhijuan#; Mou, Rui#; Xu, Guoyong*. Defense strategies for plant health: disease resistance and tolerance, Plant Cell, 2025, https://doi.org/10.1093/plcell/koaf186

2. Tang, Zhijuan*; Shi, Shaosong; Du, Xinyu; Xu, Guoyong*. Plant defense strategies: The dual armor of disease resistance and tolerance, New Plant Protection, 2025, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/npp2.70022

3. Hou, Menglu; Xu, Guoyong*. Growth-defense trade-off in plants: From hypothesis to principle to paradigm, Cell Host & Microbe, 2025, https://doi.org/10.1016/j.chom.2025.05.022

4. Xu, Guoyong#; Greene, George H.#; Yoo, Heejin#; Liu, Lijing; Marqués, Jorge; Motley, Jonathan; Dong, Xinnian*. Global translational reprogramming is a fundamental layer of immune regulation in plants, Nature, 2017, https://doi.org/10.1038/nature22371

5. Wang, Jinlong; Zhang, Xing; Greene, George H.; Xu, Guoyong; Dong, Xinnian*. PABP/purine-rich motif as an initiation module for cap-independent translation in pattern-triggered immunity, Cell, 2020, https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.06.037

论文链接：

https://authors.elsevier.com/a/1mh8A6t8JEyQI9