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特约综述 | 方晓峰-相分离调控植物胁迫感知和应答的研究进展

已有 596 次阅读 2023-12-21 09:14 |个人分类:论文|系统分类:论文交流

特约综述 | 方晓峰-相分离调控植物胁迫感知和应答的研究进展

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相分离调控植物胁迫感知和应答的研究进展

张红红,方晓峰

DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0720


外界胁迫(如高温、冷害、干旱、盐碱、病虫害或其他刺激)会导致植物细胞内发生物理或化学变化,从而引起细胞应激反应。胁迫条件下,植物通过形态学、结构学、生理学、生物化学或分子生物学等不同层次的策略来降低或修复损伤以增强逆境适应性。过去几年的研究表明,细胞内生物大分子发生相分离的过程是细胞感知和响应胁迫的一种快速有效的机制。相分离是一种快速可逆的调节机制,形成的凝聚体以较低的能量阈值参与细胞应激反应。外界因素调控凝聚体的形成,使得一些凝聚体可以直接感知周围环境变化,参与胁迫应答。

近日,《生物技术通报》在线发表了清华大学方晓峰团队特邀综述《相分离调控植物胁迫感知和应答的研究进展本文首先介绍了相分离的基本概念和功能;分析了环境压力对凝集体形成的影响;阐述生物大分子利用相分离感知胁迫的分子机制;总结相分离调控胁迫应答的作用方式;综述了相分离介导植物胁迫应答进而增强环境适应性的生物学功能;最后展望了相分离在植物胁迫感知和逆境响应的研究方向。

本文将在《生物技术通报》2023年11期胁迫生物技术专刊出版,欢迎阅读!
→点此进入知网

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本文主要包括以下几部分内容:    
1 相分离的简介
2 环境压力调控凝聚体的形成
3 相分离可以作为胁迫信号的分子感受器
3.1 相分离感知温度变化
3.2 相分离感知pH变化
3.3 相分离感知渗透压变化
3.4 相分离感知氧化压力
3.5 相分离感知其他环境变化
4 相分离调控胁迫应答反应

5 问题与展望


 对生物大分子相分离的研究,可以帮助我们理解植物感知和响应胁迫过程中很多经典的蛋白-蛋白相互作用模式无法解释的现象,对于揭示植物应答胁迫和适应环境的分子机制至关重要。鉴于胁迫研究的复杂性,目前相分离在胁迫响应过程中的研究还处于起步阶段。很多问题有待解决:(1)目前鉴定到的能够感知某些胁迫信号的例子还处于描述现象的阶段,这些蛋白质的相分离感知胁迫信号的分子机制甚至原子层面的机制尚不清楚,未来需要通过多学科交叉的手段来解析。(2)相分离对环境变化非常敏感,植物如何精准调控凝聚体的组装和解聚以避免错误相分离引起的副作用?换句话说,相分离形成的凝聚体如何实现特异性?(3)胁迫条件下,微小的、瞬时的、成分复杂的、非特异的凝聚体如何鉴定?真正起作用的凝聚体是否是我们目前在共聚焦显微镜下看到的微米级大小的凝聚体不得而知,需要更强大的、分辨率更高的成像体系。(4)植物体内的环境瞬变,凝聚体的组成动态变化,调控机制复杂,如何准确利用体外相分离体系解释体内相分离现象?(5)植物如何利用相分离应答相同胁迫的不同强度?(6)长期胁迫下,相分离在胁迫记忆中的作用和机制?(7)相分离如何调控植物对多种胁迫交叉信号引起的系统反应?(8)自然界胁迫压力筛选下,相分离机制是如何进化的?


植物利用相分离感知和应答胁迫的研究得到了越来越多的关注。更多后续研究需要综合运用生理学、遗传学、分子生物学、生物物理学、生物化学和计算机模拟等学科的技术手段。此外,各种胁迫应答信号途径与相分离胁迫响应调控网络的解析将是研究趋势。值得期待的是,在全球气候变化的情况下,利用相分离设计开发胁迫响应器或生物传感器的“智能型”植物,有望培养气候智能型作物,将在农业领域有很大的应用潜力。


作者简介

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方晓峰,清华大学生命科学学院助理教授、博士生导师。2009年获西北农林科技大学理学学士学位,2015年获北京生命科学研究所&北京协和医学院博士学位,2015和2017年分别于清华大学和英国John Innes Centre从事博士后研究。2020年加入清华大学生命科学学院。实验室综合利用遗传学、生物化学、生物信息学、细胞生物学等手段研究相分离在植物应对胁迫过程中的作用及机制。以(共同)通讯作者或(共同)第一作者身份先后在Nature、Nature Chemical Biology、PNAS、Nature Plants、Developmental Cell、Plant Cell、Molecular Plant等国际期刊发表具有影响力的学术论文多篇。获2021北京市“杰青”和2022国家自然科学基金“优青”资助,入选2022农业农村部“神农英才计划”。


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