温度敏感蛋白SUF4相分离调控拟南芥开花时间的分子机制

本研究揭示了拟南芥开花时间调控的新机制：SUF4蛋白通过温度依赖的相分离动态调控FLC基因表达。研究人员通过构建SUF4突变体，结合活细胞成像、ChIP-qPCR等技术，发现SUF4在20°C形成核内凝聚体促进FLC转录，而在4°C时解离。该研究首次证明蛋白质相分离可作为植物感知季节温度变化的物理机制，为作物花期改良提供新思路。

　　

季节变化如何精准调控植物开花时间？这个关乎物种繁衍的核心问题，在气候变化加剧的今天显得尤为重要。拟南芥作为模式植物，其开花时间受FLOWERING LOCUS C (FLC)基因严格控制，而SUPPRESSOR OF FRIGIDA 4 (SUF4)是已知唯一能直接结合FLC启动子的转录激活因子。有趣的是，SUF4与动物蛋白BuGZ同源，后者已被证实具有温度依赖的相分离特性。这不禁让人猜想：植物是否也利用蛋白质的相变行为来感知环境温度，从而协调发育进程？

卡内基科学研究所的Heather M. Meyer团队在《Cell Reports》发表的研究解开了这个谜题。研究人员发现SUF4本质上是一种温度敏感的固有无序蛋白(IDP)，能在植物细胞核内形成动态的"分子液滴"。通过精巧的基因工程手段，他们构建了SUF4的系列突变体（5S、12S、30I），结合多学科技术，首次证明蛋白质相分离的物理特性可以直接调控开花时间。这项研究不仅揭示了植物感知季节温度的新机制，更为作物适应气候变化的遗传改良提供了全新视角。

研究采用的关键技术包括：活细胞延时成像追踪SUF4核内动态、荧光漂白恢复(FRAP)分析凝聚体流动性、染色质免疫沉淀(ChIP)检测蛋白-DNA结合、体外重组蛋白相变分析等。所有实验均使用拟南芥Col(FRI-SF2)生态型及其衍生株系，通过比较野生型与suf4突变体在不同温度下的表型差异展开研究。

SUF4在植物细胞核内形成温度敏感型凝聚体

共聚焦显微镜显示，mEGFP-SUF4在20°C时形成4-8个核内凝聚体，而在4°C时完全解离。温度回升实验证实这种相变具有可逆性，且动力学分析表明其符合低临界溶解温度(LCST)特性。

SUF4相变行为可通过氨基酸替换精确调控

将SUF4无序区的芳香族氨基酸替换为丝氨酸（12S突变）使其相变温度升高至50°C，而部分替换（5S突变）产生中间表型。30I突变（丙氨酸→异亮氨酸）则使凝聚体流动性显著降低。

相变特性梯度调控开花时间

12S突变体FLC表达量降低18倍，开花提前（35片叶）；5S突变体呈现中间表型（43片叶）；而野生型SUF4转基因株系保持71片叶的晚花特性。ChIP-qPCR证实SUF4凝聚能显著增强其与FLC启动子的结合。

SUF4与关键开花调控因子共定位
在新生侧根中，SUF4与FRIGIDA(FRI)、ELF7在20°C下形成共凝聚体（发生率68%），而冷诱导（4°C）的FRI凝聚体则与SUF4互斥。这种组织特异性共定位模式暗示植物可能通过相分离整合多条开花调控通路。

这项研究开创性地证明：蛋白质相分离不仅是简单的生化现象，更是植物感知环境温度的核心机制。SUF4通过其固有无序区的多价相互作用，在温暖条件下形成转录激活枢纽，直接调控FLC染色质状态。特别值得注意的是，相变行为的微小改变（如5S突变）就能产生开花时间的连续梯度变化，这种"分子调光器"式的调控方式，为理解生物系统如何将物理信号转化为发育决策提供了范式。

未来研究可进一步探索：SUF4凝聚体是否招募特定染色质修饰酶（如PAF1复合物），以及相分离如何与COOLAIR介导的表观沉默机制协同。这些发现不仅对作物花期精准调控具有应用价值，更为真核生物环境应答的物理机制研究开辟了新方向。