撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

陽光驅(qū)動(dòng)生命，但也會(huì)產(chǎn)生單線態(tài)氧（1O?），這是一種特別危險(xiǎn)的高能量激發(fā)態(tài)的活性氧（ROS）類型，在進(jìn)行光合作用的葉綠體中造成光損傷，并觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和抗氧化防御通路。細(xì)胞如何感知 1O? 并瞬時(shí)啟動(dòng)光保護(hù)機(jī)制，至今仍是一個(gè)謎。

2026 年 6 月 17 日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所/崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室李家洋院士、中國科學(xué)院生物物理研究所周政研究員及中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所降雨強(qiáng)研究員作為共同通訊作者，邵寧作為共同第一作者兼共同通訊作者，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Cell上發(fā)表了題為：Chloroplast sunscreening by protein condensates confers high-light tolerance 的研究論文。

該研究表明，保守的MBS1蛋白通過相分離組裝成葉綠體相關(guān)凝聚體，以感應(yīng)單線態(tài)氧（1O?）并保護(hù)葉綠體免受過量光線穿透， 在水稻中過表達(dá) MBS1，表現(xiàn)出更強(qiáng)的強(qiáng)光耐受性并提高了產(chǎn)量。

這項(xiàng)研究揭示了 MBS1 凝聚體介導(dǎo)的一種“防曬”機(jī)制，賦予葉綠體光保護(hù)功能，這為在氣候變化背景下培育提高田間產(chǎn)量的作物提供了新思路。

陽光和氧氣對大多數(shù)生物體來說至關(guān)重要，但也要求它們應(yīng)對由活性氧（ROS）生成所引發(fā)的氧化應(yīng)激。田間作物需要經(jīng)常適應(yīng)和馴化不利的強(qiáng)光（high-light，HL）條件，而這些條件往往與高溫、干旱等其他非生物脅迫同時(shí)發(fā)生。由光敏劑（例如葉綠體中的葉綠素）吸收的過量光會(huì)持續(xù)生成單線態(tài)氧（1O?），這是一種特別危險(xiǎn)的高能量激發(fā)態(tài)的活性氧（ROS）類型。過量生成的 1O? 會(huì)破壞光合作用，從而造成光損傷和光抑制。這些負(fù)面影響往往因環(huán)境脅迫而加劇，并且預(yù)計(jì)會(huì)隨著全球氣候變化而變得更加嚴(yán)重，從而進(jìn)一步限制光合作用活性，嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量。為了保護(hù)自身，植物進(jìn)化出了多種光保護(hù)機(jī)制，包括生物物理和分子反應(yīng)，例如葉綠體運(yùn)動(dòng)、花青素生成、光合機(jī)構(gòu)捕光能力的調(diào)節(jié)、多余吸收光能的熱耗散，以及清除已生成的活性氧。

除了過量時(shí)具有危害性外，1O? 還在所有生物類群中充當(dāng)信號(hào)分子。它通過不同于過氧化氫（H2O2）及其他形式活性氧（ROS）響應(yīng)途徑的通路，觸發(fā)葉綠體到細(xì)胞核的逆行信號(hào)傳遞。大量生成的 1O? 還能擴(kuò)散并輕易穿過膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉綠體破壞和細(xì)胞死亡。近期研究表明，位于光系統(tǒng) II（PSII）反應(yīng)中心附近的 β-胡蘿卜素分子以及一個(gè)由細(xì)胞核編碼的葉綠體蛋白 EXECUTER1，可能是被 1O? 氧化的潛在傳感器。

因此，識(shí)別在強(qiáng)光（HL）條件下介導(dǎo) 1O? 感應(yīng)的核心傳感器和調(diào)控因子，對于解析植物光適應(yīng)機(jī)制、緩解田間正午光合作用抑制（自 1910 年以來一直懸而未解的難題），以及培育具有更強(qiáng)的強(qiáng)光耐受性和穩(wěn)定光合效率的作物至關(guān)重要。

之前的研究顯示，MBS1 是 1O? 信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵介導(dǎo)因子，在 1O? 脅迫下，MBS1 在擬南芥中積累于 P-小體（P-body）和應(yīng)激顆粒（SG）中。已知這兩種無膜細(xì)胞器通過液-液相分離（LLPS）形成，并在溫度、pH 值、二氧化碳濃度和離子環(huán)境等理化條件下，充當(dāng)高度協(xié)調(diào)的生化反應(yīng)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及基于相分離的傳感器系統(tǒng)的樞紐。然而，目前尚不清楚 MBS1 是否在 1O? 感應(yīng)中發(fā)揮直接作用，或者是否具備發(fā)生相分離的能力。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，1O? 應(yīng)答的關(guān)鍵介導(dǎo)因子——MBS1，從植物到動(dòng)物均高度保守，其結(jié)構(gòu)由一個(gè)鋅指（ZnF）結(jié)構(gòu)域及兩側(cè)的內(nèi)在無序區(qū)（IDR）組成。MBS1 通過 ZnF 構(gòu)象變化以及從液態(tài)液滴向低動(dòng)態(tài)凝聚體的相變，在 1O? 感應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在強(qiáng)光下，MBS1 通過相分離形成凝聚體，包裹在葉綠體表面，減弱了光線穿透，起到類似防曬霜的作用，保護(hù)葉綠體免受光損傷。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)，過表達(dá) MBS1 的水稻品系的葉綠體中 1O? 積累顯著減少，在連續(xù)四年的多地區(qū)田間試驗(yàn)中，表現(xiàn)出更強(qiáng)的強(qiáng)光耐受性及產(chǎn)量的大幅提升。

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：

• 保守的 MBS1 蛋白通過鋅指結(jié)構(gòu)域和內(nèi)在無序區(qū)優(yōu)先感知葉綠體中的 1O?；

• 1O? 誘導(dǎo) MBS1 蛋白發(fā)生相變，形成保護(hù)葉綠體的凝聚體；

• MBS1 凝聚體可減弱過量光照穿透，防止葉綠體光損傷 ；

• 過表達(dá) MBS1 的水稻在 4 年田間試驗(yàn)中表現(xiàn)出顯著增加的強(qiáng)光耐受性和產(chǎn)量。

總的來說，這項(xiàng)研究揭示了 MBS1 凝聚體介導(dǎo)的一種“防曬”機(jī)制，賦予葉綠體光保護(hù)功能 ，凸顯了其在氣候變化加劇的強(qiáng)光脅迫條件下提高水稻田間產(chǎn)量的應(yīng)用價(jià)值。

論文鏈接：

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