DEAD-box蛋白SMA1通过核内相分离激活植物免疫的分子机制研究

这篇研究揭示了拟南芥中DEAD-box蛋白SMA1通过其N端无序区（IDR）介导的液-液相分离（LLPS）形成核内凝聚体（SMNCs），并与免疫核心调控因子EDS1-PAD4复合物互作，从而激活植物免疫应答的分子机制。研究发现，SMA1的D634Y突变可增强其与EDS1的亲和力并促进SMNCs形成，而水杨酸（SA）和病原体感染进一步诱导这一过程。该工作首次阐明了DEAD-box蛋白通过相分离调控植物免疫的路径，为理解免疫信号转导与RNA代谢的交叉调控提供了新视角。

　　

DEAD-box蛋白SMA1激活植物免疫的分子机制

研究背景
植物通过两层免疫系统抵御病原体：膜定位的模式识别受体（PRRs）触发的模式触发免疫（PTI），以及细胞内核苷酸结合富亮氨酸重复受体（NLRs）介导的效应子触发免疫（ETI）。其中，TIR型NLR（TNL）通过产生NAD⁺衍生物激活EDS1-PAD4/ADR1或EDS1-SAG101/NRG1复合物传递免疫信号。然而，EDS1如何感知免疫信号并激活下游基因表达的机制尚不明确。近年研究发现，液-液相分离（LLPS）驱动的生物分子凝聚体在免疫激活中起关键作用，但DEAD/DEAH-box蛋白在此过程中的功能仍知之甚少。

sma1-1突变体触发自身免疫
研究团队发现，DEAD-box RNA解旋酶SMA1的D634Y突变体（sma1-1）表现出典型自身免疫表型：植株矮化、叶片皱缩，且对毒性菌株Pseudomonas syringae pv. tomato（Pst）DC3000及无毒菌株Pst/avrRpt2、Pst/avrRps4均表现出增强的抗性。免疫标记基因（EDS1、PAD4、PR1等）表达显著上调，活性氧（ROS）积累增加，光合效率（Fv/Fm）升高。值得注意的是，sma1-1中SA合成关键基因ICS1表达增强，游离SA和SA糖苷（SAG）含量显著上升。

遗传互作揭示SNC1依赖性通路
通过EMS诱变筛选，研究者分离到sma1-1的抑制突变体ssma2，其SNC1基因发生P576S错义突变。遗传分析显示，snc1功能缺失突变（snc1-11）可部分回救sma1-1的表型，而snc1功能获得突变（snc1-1）则加剧其生长缺陷。RNA-seq分析发现，sma1-1与snc1-1共有1,266个差异表达基因，其中377个上调基因富集于防御反应通路。有趣的是，sma1-1中虽存在广泛的pre-mRNA剪接异常（如CBP60G第三内含子滞留），但这些异常剪接事件与免疫通路无显著关联，且adr1突变未能回救sma1-1表型，提示剪接缺陷可能非免疫激活主因。

SMA1-EDS1-PAD4复合物的核内相分离
生化实验证实SMA1通过其C端结构域与EDS1-PAD4复合物直接互作。结构预测显示SMA1含两个内在无序区（IDR1和IDR2），其中IDR1是形成核内凝聚体（SMNCs）的关键：缺失IDR1的SMA1ΔIDR1丧失相分离能力，而仅表达IDR1即可在体外形成动态液滴。荧光漂白恢复（FRAP）实验显示SMNCs具有典型液体性质，其组分可在光漂白后快速交换。

SA与病原体诱导SMNCs形成
在稳定表达GFP-SMA1的拟南芥中，SA处理和Pst DC3000感染显著增加根尖细胞和保卫细胞内SMNCs的数量。EDS1虽无预测IDR，但在SA刺激下形成核质双定位的凝聚体，并与SMA1凝聚体共定位。值得注意的是，sma1-1突变导致EDS1蛋白总量及核内积累增加，且D634Y突变体（SMA1^D634Y）在未处理条件下即表现出更强的相分离倾向和EDS1结合能力。

机制模型与展望
该研究提出SMA1作为"分子开关"协调植物生长与免疫平衡：正常情况下参与RNA代谢，病原入侵时通过IDR1介导的LLPS招募EDS1-PAD4形成SMNCs，激活免疫应答。D634Y突变可能通过改变SMA1构象增强相分离效率，但具体结构基础仍需解析。未来需明确SMNCs的其他组分及其动态调控机制，并探索DEAD-box蛋白家族成员在免疫中的普遍性作用。

研究局限性
当前工作尚未揭示SA/病原体触发相分离的具体分子信号，SMNCs的完整组分谱仍有待解析。此外，SMA1纯合致死突变限制了其在野生型中的功能研究。这些问题的解决将有助于开发基于相分离调控的作物抗病新策略。