崖州灣國家實驗室院士團隊發現作物新型光保護機制

6月18日，崖州灣國家實驗室/中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋院士團隊與合作者在國際著名期刊《Cell》在線發表題為“Chloroplast Sunscreening by Protein Condensates Confers High Light Tolerance”（蛋白凝聚體介導的葉綠體遮光作用賦予植物強光耐受性）的研究論文。本研究系統闡明植物蛋白相變介導的新型光保護并增強光合作用的機制，是高光效研究領域的原創性理論成果；以主栽稻花香品種開展多年多點田間規模測產試驗，證實該技術增產成效顯著。因而，該項成果兼具重要學術價值與產業應用潛力。

光照和氧氣是植物生存的必要條件，同時也會誘導活性氧生成，帶來氧化脅迫。在田間環境中，作物頻繁遭遇強光、高溫、干旱等多重逆境。正午過量光照會促使葉綠體積累大量單線態氧，損傷類囊體與光合復合體，引發光抑制和光合午休，導致光合速率下降、產量受損。該生理現象是植物生理學領域延續百年的經典難題，在氣候變暖趨勢下影響愈發突出。植物現有光保護機制主要包括非光化學淬滅（NPQ）、抗氧化清除及光系統Ⅱ（PSⅡ）修復三條通路，但普遍能耗高、響應慢，難以從根本上抵御田間動態強光帶來的傷害。

單線態氧兼具損傷毒性與信號調控雙功能，是植物高光響應的核心信號分子，長期以來，植物如何精準感知單線態氧、快速啟動光保護應答，是植物生理學領域超過百年懸而未決的關鍵科學問題。此前研究僅發現MBS1（METHYLENE BLUE SENSITIVITY1）參與單線態氧信號調控，但其感知機制與光保護作用始終未知。

該項研究依托核磁共振結構解析、超分辨顯微觀測、光學模擬與多年多點田間試驗，跨領域系統闡明了MBS1的全新作用機制。強光脅迫下，MBS1通過鋅指結構構象變化特異性感知單線態氧，并發生液-液相分離（LLPS）和相變，在葉綠體外膜形成動態凝聚體。該類凝聚體可通過光學遮蔽作用削弱強光透射，從源頭減少單線態氧積累，為葉綠體構筑天然動態防曬屏障。

該研究團隊連續四年多地水稻田間試驗證實，上調MBS1表達可有效緩解作物強光損傷、適配田間復雜強光環境，顯著提升水稻高光適應性與產量。該研究首次揭示蛋白相分離介導的光學防護新機制，填補了植物單線態氧感知與前置光保護領域的理論空白，為培育氣候適配、高光高產的新型作物種質提供了全新靶點與育種路徑。該研究揭示了MBS1凝聚體介導的胞內“防曬”光保護新機制，不僅創新了植物光保護理論，也為氣候變暖背景下，強光脅迫產區的水稻穩產增收提供了重要育種思路。

該成果具備多重重要價值。在理論層面，研究首次搭建起液-液相分離與植物光物理調控的關聯，針對葉綠體外膜凝聚體介導的自主光保護機制開展原創探索，為解析植物高光適應的分子機理開辟了全新研究視角。在技術層面，葉綠體凝聚體調控模塊為作物光保護性狀改良確定了可靠的分子靶點，擁有良好的應用前景。這套低能耗、運作高效的調控模式，實現了作物抗逆性與豐產性的協同提升，為選育優質作物品種提供了可行路徑，對保障糧食安全具有重要現實意義。

（記者 馮晨陽）