液-液相分離（LLPS），即蛋白質(zhì)或核酸等生物大分子通過多價(jià)相互作用形成動(dòng)態(tài)可逆的無膜凝聚體，是近年來生命科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。這些凝聚體可在細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)特定生化反應(yīng)的時(shí)空區(qū)隔，參與RNA代謝、基因轉(zhuǎn)錄、DNA修復(fù)、應(yīng)激響應(yīng)和染色質(zhì)三維基因組結(jié)構(gòu)形成等多種關(guān)鍵生命過程的調(diào)控。盡管LLPS在動(dòng)物細(xì)胞中的研究已較為深入，但在植物，尤其是農(nóng)作物中的相關(guān)研究仍相對滯后。

近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李興旺教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了水稻相分離相關(guān)蛋白的綜合數(shù)據(jù)庫ricePSP。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)整合了水稻全基因組蛋白質(zhì)的相分離預(yù)測評分、結(jié)構(gòu)特征、功能注釋及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等信息，為研究作物中無膜細(xì)胞器在農(nóng)藝性狀調(diào)控中的作用提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

研究團(tuán)隊(duì)對水稻中所有66,338個(gè)注釋蛋白進(jìn)行了系統(tǒng)的相分離潛力預(yù)測，結(jié)合多種報(bào)道的預(yù)測方法（如PSPredictor、MolPhase、PLAAC）評估其形成凝聚體的可能性，最終預(yù)測了10,000多個(gè)高置信度的相分離相關(guān)蛋白（PSPs）和1,300多個(gè)含有類朊病毒結(jié)構(gòu)域的蛋白（PrDPs）。此外，團(tuán)隊(duì)還利用AlphaFold結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)對這些蛋白的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)高PS評分蛋白普遍具有較低的結(jié)構(gòu)置信度（pLDDT值），提示其含有較多的內(nèi)在無序區(qū)域（IDRs），這與LLPS蛋白的典型特征高度一致。

在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面，研究團(tuán)隊(duì)采用水稻原生質(zhì)體瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)，對多個(gè)候選PSP進(jìn)行了體內(nèi)成像實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，包括OsPIL13、OsCO3、ELF3-2等在內(nèi)的多個(gè)蛋白可在細(xì)胞核內(nèi)形成明顯的點(diǎn)狀凝聚體，表現(xiàn)出典型的相分離行為，進(jìn)一步驗(yàn)證了數(shù)據(jù)庫預(yù)測的準(zhǔn)確性。

為展示ricePSP的應(yīng)用價(jià)值，研究團(tuán)隊(duì)以水稻開花調(diào)控為案例，系統(tǒng)分析了與抽穗期相關(guān)的PSPs。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多個(gè)關(guān)鍵開花調(diào)控因子（如OsPhyB、OsGI、Ghd7、Ghd8和Hd1等）均具有較高的PS評分，且它們之間形成緊密的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，暗示LLPS可能在水稻光周期開花調(diào)控中發(fā)揮重要作用。該發(fā)現(xiàn)不僅拓展了我們對水稻開花機(jī)制的理解，也為未來通過調(diào)控LLPS相關(guān)蛋白來改良作物生育期提供了新思路。此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，多個(gè)與逆境響應(yīng)相關(guān)的蛋白（如脫水素、ERD14、ALBA家族成員等）同樣具有較高的PS潛力，且其在擬南芥中的同源蛋白已被證實(shí)可通過相分離參與應(yīng)激顆粒形成。這暗示LLPS在植物應(yīng)對干旱、高溫、鹽脅迫等環(huán)境挑戰(zhàn)中具有保守而重要的功能。

ricePSP不僅是水稻LLPS研究的重要資源平臺，也為其他作物的相關(guān)研究提供了方法參考和數(shù)據(jù)支持。值得一提的是，課題組利用該數(shù)據(jù)庫，挖掘了水稻中一個(gè)重要開花復(fù)合體，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合體通過相分離調(diào)控水稻成花素基因的染色質(zhì)遠(yuǎn)程互作，進(jìn)而調(diào)控成花素基因的時(shí)空協(xié)同表達(dá)，最終調(diào)控水稻的抽穗期等重要農(nóng)藝性狀，為相分離調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和作物表型性狀提供了重要證據(jù)（相關(guān)結(jié)果在審稿中）。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)/湖北洪山實(shí)驗(yàn)室李興旺教授和歐陽維枝副研究員為共同通訊作者，博士研究生高潤昕、欒世平和已畢業(yè)的郭閩榕博士為共同第一作者。相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金等支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1186/s13059-025-03842-w