Cell：李家洋院士团队揭示植物防晒新机制——相分离凝聚体保护叶绿体免受强光伤害

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

阳光驱动生命，但也会产生单线态氧（¹O₂），这是一种特别危险的高能量激发态的活性氧（ROS）类型，在进行光合作用的叶绿体中造成光损伤，并触发信号转导和抗氧化防御通路。细胞如何感知 ¹O₂ 并瞬时启动光保护机制，至今仍是一个谜。

2026 年 6 月 17 日，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士、中国科学院生物物理研究所周政研究员及中国科学院遗传与发育生物学研究所降雨强研究员作为共同通讯作者，邵宁作为共同第一作者兼共同通讯作者，在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Chloroplast sunscreening by protein condensates confers high-light tolerance 的研究论文。

该研究表明，保守的MBS1蛋白通过相分离组装成叶绿体相关凝聚体，以感应单线态氧（¹O₂）并保护叶绿体免受过量光线穿透， 在水稻中过表达 MBS1，表现出更强的强光耐受性并提高了产量。

这项研究揭示了 MBS1 凝聚体介导的一种“防晒”机制，赋予叶绿体光保护功能，这为在气候变化背景下培育提高田间产量的作物提供了新思路。

阳光和氧气对大多数生物体来说至关重要，但也要求它们应对由活性氧（ROS）生成所引发的氧化应激。田间作物需要经常适应和驯化不利的强光（high-light，HL）条件，而这些条件往往与高温、干旱等其他非生物胁迫同时发生。由光敏剂（例如叶绿体中的叶绿素）吸收的过量光会持续生成单线态氧（¹O₂），这是一种特别危险的高能量激发态的活性氧（ROS）类型。过量生成的 ¹O₂ 会破坏光合作用，从而造成光损伤和光抑制。这些负面影响往往因环境胁迫而加剧，并且预计会随着全球气候变化而变得更加严重，从而进一步限制光合作用活性，严重影响作物产量。为了保护自身，植物进化出了多种光保护机制，包括生物物理和分子反应，例如叶绿体运动、花青素生成、光合机构捕光能力的调节、多余吸收光能的热耗散，以及清除已生成的活性氧。

除了过量时具有危害性外，¹O₂ 还在所有生物类群中充当信号分子。它通过不同于过氧化氢（H2O2）及其他形式活性氧（ROS）响应途径的通路，触发叶绿体到细胞核的逆行信号传递。大量生成的 ¹O₂ 还能扩散并轻易穿过膜结构，导致叶绿体破坏和细胞死亡。近期研究表明，位于光系统 II（PSII）反应中心附近的 β-胡萝卜素分子以及一个由细胞核编码的叶绿体蛋白 EXECUTER1，可能是被 ¹O₂ 氧化的潜在传感器。

因此，识别在强光（HL）条件下介导 ¹O₂ 感应的核心传感器和调控因子，对于解析植物光适应机制、缓解田间正午光合作用抑制（自 1910 年以来一直悬而未解的难题），以及培育具有更强的强光耐受性和稳定光合效率的作物至关重要。

之前的研究显示，MBS1 是 ¹O₂ 信号传导的关键介导因子，在 ¹O₂ 胁迫下，MBS1 在拟南芥中积累于 P-小体（P-body）和应激颗粒（SG）中。已知这两种无膜细胞器通过液-液相分离（LLPS）形成，并在温度、pH 值、二氧化碳浓度和离子环境等理化条件下，充当高度协调的生化反应、信号转导以及基于相分离的传感器系统的枢纽。然而，目前尚不清楚 MBS1 是否在 ¹O₂ 感应中发挥直接作用，或者是否具备发生相分离的能力。

在这项最新研究中，研究团队发现，¹O₂ 应答的关键介导因子——MBS1，从植物到动物均高度保守，其结构由一个锌指（ZnF）结构域及两侧的内在无序区（IDR）组成。MBS1 通过 ZnF 构象变化以及从液态液滴向低动态凝聚体的相变，在 ¹O₂ 感应中发挥关键作用。在强光下，MBS1 通过相分离形成凝聚体，包裹在叶绿体表面，减弱了光线穿透，起到类似防晒霜的作用，保护叶绿体免受光损伤。

研究团队进一步证实，过表达 MBS1 的水稻品系的叶绿体中 ¹O₂ 积累显著减少，在连续四年的多地区田间试验中，表现出更强的强光耐受性及产量的大幅提升。

该研究的核心发现：

• 保守的 MBS1 蛋白通过锌指结构域和内在无序区优先感知叶绿体中的 ¹O₂；

• ¹O₂ 诱导 MBS1 蛋白发生相变，形成保护叶绿体的凝聚体；

• MBS1 凝聚体可减弱过量光照穿透，防止叶绿体光损伤 ；

• 过表达 MBS1 的水稻在 4 年田间试验中表现出显著增加的强光耐受性和产量。

总的来说，这项研究揭示了 MBS1 凝聚体介导的一种“防晒”机制，赋予叶绿体光保护功能 ，凸显了其在气候变化加剧的强光胁迫条件下提高水稻田间产量的应用价值。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.05.042