植物热应激响应新机制：FUST1通过朊病毒样域相变调控应激颗粒组装

为解析植物感知高温的分子机制，Geng等发现拟南芥IDP（ intrinsically disordered protein ）蛋白FUST1通过其朊病毒样域（PrLD）在热应激（HS）下发生温度依赖性相变，形成动态 condensates 并早于经典应激颗粒（SGs）标记物组装，从而增强植物耐热性。该研究发表于《Cell Research》，揭示了相变蛋白作为环境传感器的保守机制，为作物抗逆育种提供新靶点。

　　

随着全球变暖加剧，热应激（HS）已成为威胁植物生存和农业生产的关键因素。作为变温生物，植物缺乏主动调节体温的能力，因此必须依赖分子机制快速感知温度变化并启动适应性响应。近年来，生物分子凝聚体（biomolecular condensates）在植物应激反应中的作用备受关注。这类通过液-液相分离（LLPS）形成的动态无膜结构，如应激颗粒（stress granules, SGs），能够通过隔离特定mRNA和蛋白质保护细胞免受应激损伤。然而，植物如何将温度信号转化为凝聚体组装的分子开关，仍是未解之谜。

中国科学院的研究团队在《Cell Research》发表的研究中，首次揭示了拟南芥内在无序蛋白（IDP）FUST1作为热传感器，通过其C端朊病毒样域（prion-like domain, PrLD）的温度依赖性相变调控SG组装的分子机制。研究综合运用活细胞成像、体外相分离实验、全原子分子动力学模拟和TurboID邻近标记蛋白质组学技术，发现FUST1在热应激下早于经典SG标记物（如G3BP₅和PAB₂）形成动态液滴，其PrLD通过"锁-开"构象转换实现温度敏感型相分离。

温度依赖的FUST1相变机制
AlphaFold结构预测显示FUST1含N端泛素相关（UBA）结构域和C端PrLD。分子动力学模拟发现，低温下PrLD的β-折叠结构通过疏水和酪氨酸残基相互作用维持"锁定"状态；升温诱导构象开放，增强多价相互作用促进相分离。突变实验证实酪氨酸和疏水残基对相变至关重要，而破坏β-折叠的突变会消除热响应性。

FUST1作为SG组装的"种子"
TurboID标记发现FUST1与SG核心组分和RNA加工复合物互作。体外重建实验表明，FUST1 condensates可招募多种SG标志蛋白，且其相分离能力依赖PrLD。fust1突变体表现出SG组装延迟和热敏感性表型，而回补野生型（而非PrLD缺失型）FUST1可恢复耐热性，证实PrLD介导的相变是功能核心。

RNA增强的相变与进化保守性
FUST1通过N端带正电荷的UBA域非特异性结合RNA，后者进一步促进相分离。跨物种分析显示，FUST1直系同源物的PrLD保留保守的"锁-开"开关序列特征，暗示该机制在陆生植物热适应中的广泛保守性。

该研究建立了"温度感知-构象转换-相变-SG组装"的级联模型，拓展了相分离蛋白通过自抑制调控环境响应的理论框架。FUST1作为迄今首个植物温度敏感型相变蛋白的发现，不仅为作物抗逆遗传改良提供了新靶点（如改造PrLD热响应阈值），更启示了跨物种环境传感器件的设计原理。未来研究需解析FUST1 condensates与SG驻留蛋白酶体的互作，以及不同细胞区室凝聚体的时空层级关系如何协同优化植物热应激响应。