综述：植物-病原体前沿战场中的液-液相分离

《Plant Communications》：Liquid–liquid phase separation at the frontline of plant–pathogen battles

本综述系统阐述了液-液相分离（LLPS）在植物免疫与病原体侵染中的核心作用。文章揭示了LLPS形成的生物分子凝聚体（如SGs、PBs、TIR-NLR凝聚体等）作为关键平台，动态调控植物免疫信号（PTI/ETI）、RNA沉默及病原体效应蛋白功能，并探讨了靶向LLPS（如开发小分子抑制剂、TCD降解技术）在作物抗病育种中的应用前景，为理解植物-病原体互作及设计新型病害防控策略提供了新视角。

　　

在植物与病原体之间永无休止的军备竞赛中，一场发生在分子层面的新型“阵地战”日益受到关注，其核心是一种称为液-液相分离（LLPS）的物理化学过程。LLPS驱动生物分子凝聚体的形成，这些无膜结构的动态隔室通过浓缩特定蛋白质和RNA，在植物免疫防御和病原体致病过程中扮演着双重角色。

病原体效应蛋白的相分离

病原体在入侵宿主细胞后，会巧妙地利用LLPS来构建其“作战指挥部”。许多植物RNA病毒，如大麦黄条点花叶病毒（BYSMV）和番茄丛矮病毒（TBSV），其复制酶蛋白（如RdRp）通过LLPS形成病毒复制工厂（VRFs）或包含体（IBs）。这些液态凝聚体不仅浓缩了病毒复制所需的“弹药”——病毒RNA和宿主因子，还为其提供了免受宿主核酸酶攻击的“庇护所”。例如，水稻条纹花叶病毒（RSMV）的磷蛋白P通过相分离劫持宿主ARF1C-PI4KB通路，生成PI4P，从而扩张病毒工厂并促进复制。

不仅限于病毒，真菌、卵菌和细菌的效应蛋白也精通此道。黄单胞菌（Xanthomonas campestris）的III型效应蛋白XopR通过其内在无序区（IDR）发生LLPS，重塑宿主肌动蛋白骨架以抑制免疫。尖镰孢（Fusarium oxysporum）的效应蛋白FolSvp2则通过K205乙酰化依赖的相分离形成凝聚体，劫持番茄的铁硫蛋白SlISP，削弱活性氧（ROS）爆发。通过AlphaFold2等计算预测工具发现，玉米黑粉菌（Ustilago maydis）的Tin2-like效应蛋白家族富含甘氨酸和脯氨酸的IDR，暗示其具有相分离潜能，可能通过凝聚来稳定自身或隔离宿主免疫蛋白。

植物免疫中的相分离机制

面对入侵，植物同样利用LLPS构建自己的“防御工事”。植物的免疫系统主要包括由模式识别受体（PRRs）触发的PTI和由细胞内核苷酸结合富亮氨酸重复序列受体（NLRs）触发的ETI。LLPS是协调这两层免疫信号的关键机制。

在ETI中，Toll/白介素-1受体（TIR）型NLRs（TNLs）的激活尤为典型。当TIR结构域结合底物NAD⁺和ATP后，其构象发生变化，促进头对尾相互作用并发生LLPS，形成凝聚体。这些凝聚体显著增强了NAD⁺水解酶活性，产生如di-ADPR和pRib-AMP等免疫信号分子。这些分子随后被EDS1-PAD4和EDS1-SAG101复合物感知，进而激活辅助NLRs（如ADR1和NRG1）形成抵抗体，最终导致过敏反应（HR）和细胞死亡。

其他免疫调节因子也通过相分离精细调控免疫。核孔蛋白NUP62的相分离促进免疫相关激酶MPK3的核输入，增强对灰霉病菌（Botrytis cinerea）等多种病原体的抗性。加工小体（PBs）组分TZF9被MAPKs磷酸化后，其RNA结合活性降低，导致PBs解聚，释放防御相关mRNA，从而解除翻译抑制，激活PTI。

水杨酸（SA）受体NPR1也是一个关键角色。其含IDR，在SA诱导下与CULLIN3（CUL3）-E3连接酶复合物形成SA诱导的NPR1凝聚体（SINC），通过隔离和泛素化NLRs、EDS1等免疫调节因子来防止HR过度激活。而在ETI期间，SA积累触发NPR1从寡聚体转变为单体并进入细胞核，最终被CRL3^NPR3/NPR4复合物降解，以放大HR。

宿主还通过相分离建立“缓冲带”以防止免疫过度激活。HEM1蛋白通过其植物特异的低复杂度域（LCD）与翻译因子（eIFs）形成凝聚体，作为翻译检查点缓冲免疫相关基因的表达，减轻ETI相关的程序性细胞死亡（PCD）。然而，这种保护作用也可能带来权衡，允许部分病原体增殖，这可能有助于建立病害耐受性。值得注意的是，持久或过度的凝聚可能有害。强致病力病原体可诱导HEM1在内质网（ER）发生凝聚，包裹脂质代谢酶，扰乱脂质稳态，引发ER应激和组织损伤。通过BI-1和ATG6介导的自噬清除这些凝聚体可以缓解损伤，增强病害耐受性。

小RNA介导的防御机制中的相分离

RNA沉默是植物重要的抗病毒防御层。LLPS在此过程中也起着核心作用。基因沉默抑制子蛋白SGS3通过磷酸化调控的相分离，与RDR6、DCL2/4等形成siRNA bodies，负责产生病毒来源的小干扰RNA（vsiRNAs），是抗病毒RNAi的关键步骤。

microRNA（miRNA）的生物合成同样依赖于相分离。SERRATE（SE）蛋白通过LLPS组装切割小体（D-bodies），与DCL1、HYL1协同促进miRNA加工。然而，病原体可反制此过程：水稻条纹病毒（RSV）的SP蛋白利用自身相分离能力破坏SE凝聚体，抑制D-body形成，从而削弱宿主抗病毒防御。DEAD-box RNA解旋酶RH6、RH8、RH12不仅促进D-body组装和miRNA加工，还能与病毒蛋白相互作用形成混合凝聚体。

RNA质量监控（RQC）也与相分离交汇。核心RQC因子Pelota通过SUMO化识别并降解有缺陷的病毒RNA。但病毒如TBSV的p33和CIRV的p36可劫持宿主SUMO化系统，通过IDR介导的LLPS组装病毒复制细胞器（VROs），这些凝聚体浓缩宿主因子以促进病毒RNA复制和重组，同时逃避宿主监视。

由应激颗粒（SGs）和加工小体（PBs）形成的凝聚体

SGs和PBs是典型的通过LLPS组装的无膜细胞器。在植物中，它们响应病原体侵染等胁迫迅速形成，作为调节枢纽，隔离翻译停滞的mRNA，重新分配细胞资源，并富集MAP激酶、抗病（R）蛋白等免疫信号因子，从而放大免疫信号。

然而，病毒也演化出策略来利用这些凝聚体。豌豆耳突花叶病毒2（PEMV2）的运动蛋白p26可与SG核心蛋白G3BP相互作用，形成SG样凝聚体，从而调控SG的组装和功能。过表达G3BP能强烈抑制PEMV2复制，而缺乏凝聚体形成能力的G3BP突变体则丧失抗病毒活性。双生病毒的核穿梭蛋白BV1则与ASYMMETRIC LEAVES 2（AS2）形成核凝聚体，后者定位到含DCP2的PBs中抑制转录后基因沉默（PTGS）。番茄斑萎病毒（TSWV）和RSV的核衣壳蛋白（N）可定位于SGs和PBs，沉默SG或PBs的核心组分会显著改变病毒微型复制子的活性，表明SGs和PBs兼具抗病毒平台和病毒复制平台的双重角色。

其他宿主蛋白形成的凝聚体

除了经典免疫调节因子，越来越多的宿主蛋白通过LLPS精细调控防御反应。在番茄中，剪接调节因子SR30通过IDR驱动的LLPS形成核凝聚体，其在疫霉菌（Phytophthora infestans）感染期间抑制防御相关基因的可变剪接（AS），从而增强感病性。敲除SR30则能增强抗性。在小麦中，感病等位基因TaHRC-S在脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）诱导下与剪接因子TaSR45a发生相分离，形成稳定复合物促进细胞死亡；而抗病等位基因TaHRC-R则对DON不敏感，抑制毒素介导的细胞死亡。

在转录水平，鸟苷酸结合蛋白样3（GBPL3）在免疫信号激活后发生LLPS，在细胞核内组装防御激活的凝聚体（GDACs）。这些凝聚体定位到防御基因的启动子区，招募RNA聚合酶II等转录共激活因子，驱动免疫基因表达的大规模重编程。核转运受体KA120则通过阻止泛素连接酶MAC3的自发相分离来维持免疫稳态。感染解除这种抑制后，MAC3形成MAC3依赖性核凝聚体（MDNCs），直接激活防御基因表达。另一方面，病原体效应蛋白如XopR可通过改变宿主蛋白RIN4凝聚体的流动性，阻止其被激酶RIPK磷酸化，从而削弱RPM1介导的抗性。

前瞻策略与挑战

理解植物-病原体相互作用中凝聚体动态的分子基础，为作物保护开辟了新途径。靶向病原体效应蛋白中保守的IDR开发小分子调节剂（如抑制TSWV核衣壳蛋白凝聚的化合物Z9），或利用靶向凝聚倾向蛋白降解（TCD）系统（如E3TCD1）选择性降解有害凝聚体，是颇具潜力的策略。通过基因工程增强有益凝聚体（如SGs）的形成或重编程宿主凝聚体（如修饰TaHRC复合体、工程化MAC3凝聚），也为下一代作物改良提供了新思路。

然而，该领域仍面临挑战。生理相关凝聚体与病理聚集体的界限模糊；植物细胞特有的高膨压、拥挤细胞质等因素可能重塑凝聚体行为；效应蛋白家族的冗余性和多样性增加了系统分析的难度。未来需要整合活细胞动态成像、结构生物学（如cryo-ET）、单细胞组学、人工智能预测模型等跨学科手段，以揭示凝聚体在生理条件下的真实功能，并将这些知识转化为可持续的农业实践。

总之，生物分子凝聚体代表了植物-病原体相互作用的一个新前沿。它们既是战场也是武器，其动态平衡对于有效的防御和病害耐受至关重要。深入理解LLPS的调控原理，将为开发精准、可持续的作物保护策略奠定坚实基础。