RNA 解旋酶 RH24 协同铁信号调节因子缓解拟南芥低温胁迫：开启植物抗寒新视野

在植物生长过程中，低温胁迫严重制约其发展。研究人员针对植物铁稳态是否参与温度响应展开研究。发现 RNA 解旋酶 RH24 与 BTS 协同调控 ILR3，减少低温下铁吸收，维持铁稳态以缓解低温胁迫，为植物抗寒研究提供新方向。

　　在大自然的舞台上，低温胁迫就像一个不速之客，频繁干扰着植物的生长发育。全球气候的变化使得极端低温事件愈发常见，这不仅阻碍了植物在营养生长和生殖生长阶段的正常进程，还导致了农作物的大量减产，给农业经济带来了沉重打击。为了在低温环境中生存下来，植物进化出了一系列复杂的调控机制。然而，尽管科学家们已经发现了一些转录因子，如 C - repeat binding factor（CBFs）基因在植物低温耐受中发挥着作用，但仍有许多未解之谜。比如，CBFs 只能调控约 10% 的 cold - regulated（COR）基因，即使是高阶的 cbfs 突变体也对低温有一定耐受性，这意味着还有其他未知的信号通路参与其中。同时，植物铁稳态在低温响应中的作用也尚不明确，虽然铁是植物生长不可或缺的微量元素，但过多或过少的铁都会对植物产生不利影响，那么植物究竟是如何调节铁稳态来增强低温耐受性的呢？

为了解开这些谜团，中国农业大学的研究人员勇挑重担，展开了深入研究。他们发现 RNA 解旋酶 RH24 与铁信号调节因子 BTS（BRUTUS）协同作用，通过调节 ILR3（IAA - leucine resistant 3）来维持植物铁稳态，从而有效缓解拟南芥的低温胁迫。这一重大发现发表在《Nature Communications》上，为植物低温胁迫研究领域开辟了新的道路，为提高植物抗寒性提供了全新的理论依据。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是遗传筛选，他们对大量 bts - 2 种子进行 EMS（ethyl methylsulfonate）处理，筛选出能够抑制 bts - 2 低温敏感表型的突变体，进而发现了关键基因 RH24。其次是转录组分析，通过对不同处理下植物的转录组测序，研究人员深入了解了基因表达的变化，揭示了铁代谢相关基因在低温胁迫下的调控机制。此外，蛋白互作研究也至关重要，运用 BiFC（bimolecular fluorescence complementation）、split - LUC（split - luciferase complementation）和 co - IP（co - immunoprecipitation）等技术，确定了 RH24 与 BTS、ILR3 之间的相互作用关系。

下面来看具体的研究结果。

1. 铁积累增加植物低温敏感性：研究人员发现 BTS 基因的缺失突变体 bts - 2 对低温敏感，在低温下表现出叶绿素浓度降低、离子泄漏增加和过氧化氢（H₂O₂）水平升高等现象。转录组分析表明，低温胁迫会破坏植物的铁稳态，bts - 2 突变体在低温下铁积累增加。进一步实验发现，在富含铁和过量铁的培养基上生长的 bts - 2 突变体，低温敏感性显著增强，这表明植物体内高浓度的铁确实会损害其低温耐受性。
2. bts - 2 抑制子 bts - r 拯救其低温敏感性：研究人员通过对 bts - 2 进行抑制子筛选，获得了突变体 bts - r，它能够在低温下正常生长，且不积累 H₂O₂，细胞死亡现象也明显减少。bts - r 对铁缺乏敏感，其铁浓度与野生型相似，表明 bts - r 在很大程度上拯救了 bts - 2 在铁缺乏和低温胁迫下的表型。
3. 抑制子基因编码 RNA 解旋酶 RH24：经过遗传分析和定位克隆，研究人员确定 bts - r 突变体的表型是由 At2g47330 基因的突变引起的，该基因编码 DEAD（Asp - Glu - Ala - Asp）box RNA 解旋酶 RH24。通过互补实验和突变体分析，证实了 RH24 基因的突变是导致 bts - r 表型的原因，且 RH24 特异性抑制 bts - 2 的黄化和矮化表型。
4. RH24 是一种 ATP 依赖的 RNA 解旋酶：实验表明，RH24 具有 RNA 解旋酶活性和 ATP 酶活性，其解旋酶活性依赖于 ATP，且 DEAD - box 结构域对其解旋酶活性至关重要。在低温胁迫下，RH24 蛋白水平显著升高，表明它在低温下积累，可能在抑制 bts - 2 低温敏感性中发挥重要作用。
5. RH24 调节植物低温和缺铁响应：研究发现，RH24 负向调节植物低温耐受性，rh24 缺失突变体在低温下下胚轴伸长增加，而 35S:RH24 - ox 转基因植物下胚轴伸长减少。同时，rh24 突变体对缺铁更敏感，对铁过量更耐受，且铁浓度降低。此外，在 bts - 2 背景下敲除 RH24 可以拯救其缺陷表型，表明 RH24 在遗传上位于 BTS 的上位。
6. ILR3 积累在很大程度上依赖于 RH24：研究人员发现 RH24 与 BTS、ILR3 相互作用，且在细胞核中共定位。RH24 能够增加 ILR3 蛋白水平，可能通过解旋 ILR3 mRNA 来促进其积累，且 ILR3 蛋白的稳定似乎也依赖于 RH24。在低温胁迫下，ILR3 的积累几乎完全依赖于 RH24。
7. RH24 和 ILR3 处于相分离凝聚体中：研究表明，RH24 和 ILR3 在植物核体中相互作用并形成相分离凝聚体，这种凝聚体具有液体样性质，能够快速重新分布。冷处理和 BTS 可以促进凝聚体的形成，表明它们在调节铁吸收和维持铁稳态中发挥重要作用。
8. ILR3 在铁和低温胁迫响应中与 RH24 遗传相关：ilr3 - 2 功能缺失突变体在低温下生长良好，但在常温下表现出叶片黄化现象，与 bts - 2 突变体表型相反。ILR3 - ox/rh24 - 1 植物比 ILR3 - ox 植物具有更强的低温耐受性和更低的铁浓度，对缺铁更敏感，对铁过量更耐受，表明 RH24 是 ILR3 - ox 植物低温敏感性所必需的。同时，rh24 - 1 和 ILR3 - ox/rh24 - 1 植物对病原菌感染的抗性增强。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：RNA 解旋酶 RH24 和 BTS 协同调节 ILR3，在低温胁迫下减少铁吸收，维持植物铁稳态，从而缓解低温胁迫对植物的伤害。这一发现揭示了植物响应温度波动的新机制，为植物抗寒研究提供了重要的理论基础。在未来，研究人员可以进一步探索 RH24 和 BTS - ILR3 介导的低温耐受性和铁稳态在不同植物中的普遍性，以及它们与其他信号通路的相互作用，为提高农作物在低温环境中的产量和品质提供更多的理论支持和技术手段。