植物核纤层相分离调控胁迫诱导转录响应的分子机制

本研究揭示了植物核膜蛋白PNET2通过相分离机制调控膜结合转录因子NTLs的活性，从而介导环境胁迫响应的新机制。研究人员发现PNET2与NTLs通过内在无序区(IDRs)在核纤层形成相分离区室，在正常条件下隔离NTLs抑制其转录活性；胁迫条件下相分离被破坏，释放NTLs激活胁迫响应基因。该发现为理解植物核组织与胁迫响应调控提供了新视角，发表在《Developmental Cell》。

　　

在植物应对环境胁迫的复杂调控网络中，核纤层(NL)作为核膜内侧的蛋白质网状结构，在真核细胞中扮演着基因组组织和基因表达调控的关键角色。然而，与动物细胞中研究较为深入的核纤层蛋白不同，植物缺乏大多数动物中保守的核纤层蛋白如核纤层蛋白(lamins)和LEM结构域蛋白，这使得植物核纤层的组成和功能机制长期存在诸多未解之谜。更令人困惑的是，拟南芥中核纤层类似蛋白CRWN虽然被发现参与核形态维持和染色质组织，但其如何特异性调控胁迫响应基因表达的分子机制仍不清楚。

北京大学现代农业研究院和加州大学伯克利分校的研究人员通过系统研究，揭示了植物特有的核膜蛋白PNET2通过液-液相分离(LLPS)调控膜结合NAC转录因子NTLs活性的全新机制。研究发现PNET2与NTLs通过C端内在无序区(IDRs)相互作用，在核纤层形成相分离区室，在正常条件下隔离NTLs并抑制其转录活性；当植物遭遇热胁迫等环境压力时，这种相分离被破坏，释放的NTLs得以激活下游胁迫响应基因。这一发现不仅阐明了植物核纤层调控基因表达的新机制，也为理解植物如何感知和响应环境变化提供了重要线索，相关成果发表在《Developmental Cell》上。

研究人员运用酵母双杂交筛选、双分子荧光互补(BiFC)、体外液滴形成实验、荧光漂白恢复(FRAP)分析、CRISPR基因编辑和转录组测序(RNA-seq)等技术手段。特别值得注意的是，通过构建NTL-SRDX嵌合抑制因子系统解决了NTL家族功能冗余的研究难题，并采用CUT&Tag技术证实了PNET2缺失和热胁迫对NTL14靶基因结合的增强效应。

PNET2与膜结合NTLs在核纤层相互作用

通过酵母双杂交筛选，研究人员发现植物核膜蛋白PNET2与一类具有跨膜结构域的NAC转录因子NTLs存在相互作用。系统发育分析显示，拟南芥基因组编码15个NTLs，均具有N端NAC DNA结合域、C端IDR和跨膜结构域的特征结构。截断实验表明，PNET2与NTLs的相互作用由其C端IDR介导。BiFC和共定位实验证实，PNET2与NTLs主要在核周边相互作用，且PNET2对NTLs在核膜的定位至关重要。

PNET2和NTLs通过相分离形成核周凝聚体

研究发现PNET2在体内外均表现出显著的相分离特性。在35S::PNET2_A-YFP转基因植株中，PNET2_A自发形成核周点状凝聚体，FRAP分析显示这些凝聚体具有典型的液体样动态特性。体外实验证实，纯化的PNET2_A C端片段可形成对1,6-己二醇敏感的液滴，并能发生液滴融合现象。同样，NTL14也表现出相分离特性。更重要的是，PNET2_A和NTL14在体外共孵育时可形成更大的共凝聚液滴，在pNTL14::RFP-NTL14/pPNET2_A::PNET2_A-mEGFP双转基因植株中也观察到两者的共定位凝聚体。

PNET2通过相分离抑制NTLs的转录活性

遗传分析发现，单个NTL基因的缺失无法挽救pnet2_ab突变体的胁迫响应表型，表明NTLs存在功能冗余。研究人员创新性地采用嵌合抑制因子沉默技术(CRES-T)，构建了NTL-△TM-SRDX嵌合体，成功抑制了pnet2_ab突变体中约50%的差异表达基因。RNA-seq分析显示，这些被抑制的基因显著富集WRKY、AP2/ERF等胁迫响应转录因子家族，证实NTLs是PNET2下游调控胁迫响应的关键因子。

胁迫破坏PNET2-NTL相分离激活转录响应

研究发现热胁迫可显著破坏PNET2和NTL14的相分离。体外实验显示，37°C处理几乎完全抑制了PNET2_A和NTL14的液滴形成；体内BiFC和免疫共沉淀也证实热胁迫导致PNET2-NTL14相互作用消失。pNTL14::RFP-NTL14/pPNET2_A::PNET2_A-mEGFP植株中，热胁迫诱导NTL14从核膜向核质转位。CUT&Tag分析表明，PNET2缺失和热胁迫均能增强NTL14与靶基因启动子的结合，且pnet2_ab突变体表现出显著的热敏感表型，这一表型可被NTL14-△TM-SRDX部分挽救。

这项研究揭示了植物核纤层通过相分离调控基因表达的新机制：在正常条件下，PNET2通过IDR介导的相分离将NTLs隔离在核纤层区室中，抑制其转录活性；当植物遭遇环境胁迫时，相分离被破坏，释放的NTLs激活下游胁迫响应基因的表达。这一发现不仅阐明了植物特有的核纤层组成和功能机制，也为理解生物相分离在环境响应中的作用提供了重要案例。特别值得注意的是，PNET2-NTL调控模块的发现解释了植物如何通过核纤层动态重组实现快速转录重编程，这一机制可能在植物适应不断变化的环境中发挥关键作用。此外，研究建立的CRES-T技术体系为研究功能冗余基因家族提供了新思路。未来研究可进一步探索不同胁迫条件对PNET2-NTL相分离的影响，以及这一调控模块在作物抗逆育种中的潜在应用价值。