撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

陽光驅動生命，但也會產生單線態氧（1O?），這是一種特別危險的高能量激發態的活性氧（ROS）類型，在進行光合作用的葉綠體中造成光損傷，并觸發信號轉導和抗氧化防御通路。細胞如何感知 1O? 并瞬時啟動光保護機制，至今仍是一個謎。

2026 年 6 月 17 日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所/崖州灣國家實驗室李家洋院士、中國科學院生物物理研究所周政研究員及中國科學院遺傳與發育生物學研究所降雨強研究員作為共同通訊作者，邵寧作為共同第一作者兼共同通訊作者，在國際頂尖學術期刊Cell上發表了題為：Chloroplast sunscreening by protein condensates confers high-light tolerance 的研究論文。

該研究表明，保守的MBS1蛋白通過相分離組裝成葉綠體相關凝聚體，以感應單線態氧（1O?）并保護葉綠體免受過量光線穿透， 在水稻中過表達 MBS1，表現出更強的強光耐受性并提高了產量。

這項研究揭示了 MBS1 凝聚體介導的一種“防曬”機制，賦予葉綠體光保護功能，這為在氣候變化背景下培育提高田間產量的作物提供了新思路。

陽光和氧氣對大多數生物體來說至關重要，但也要求它們應對由活性氧（ROS）生成所引發的氧化應激。田間作物需要經常適應和馴化不利的強光（high-light，HL）條件，而這些條件往往與高溫、干旱等其他非生物脅迫同時發生。由光敏劑（例如葉綠體中的葉綠素）吸收的過量光會持續生成單線態氧（1O?），這是一種特別危險的高能量激發態的活性氧（ROS）類型。過量生成的 1O? 會破壞光合作用，從而造成光損傷和光抑制。這些負面影響往往因環境脅迫而加劇，并且預計會隨著全球氣候變化而變得更加嚴重，從而進一步限制光合作用活性，嚴重影響作物產量。為了保護自身，植物進化出了多種光保護機制，包括生物物理和分子反應，例如葉綠體運動、花青素生成、光合機構捕光能力的調節、多余吸收光能的熱耗散，以及清除已生成的活性氧。

除了過量時具有危害性外，1O? 還在所有生物類群中充當信號分子。它通過不同于過氧化氫（H2O2）及其他形式活性氧（ROS）響應途徑的通路，觸發葉綠體到細胞核的逆行信號傳遞。大量生成的 1O? 還能擴散并輕易穿過膜結構，導致葉綠體破壞和細胞死亡。近期研究表明，位于光系統 II（PSII）反應中心附近的 β-胡蘿卜素分子以及一個由細胞核編碼的葉綠體蛋白 EXECUTER1，可能是被 1O? 氧化的潛在傳感器。

因此，識別在強光（HL）條件下介導 1O? 感應的核心傳感器和調控因子，對于解析植物光適應機制、緩解田間正午光合作用抑制（自 1910 年以來一直懸而未解的難題），以及培育具有更強的強光耐受性和穩定光合效率的作物至關重要。

之前的研究顯示，MBS1 是 1O? 信號傳導的關鍵介導因子，在 1O? 脅迫下，MBS1 在擬南芥中積累于 P-小體（P-body）和應激顆粒（SG）中。已知這兩種無膜細胞器通過液-液相分離（LLPS）形成，并在溫度、pH 值、二氧化碳濃度和離子環境等理化條件下，充當高度協調的生化反應、信號轉導以及基于相分離的傳感器系統的樞紐。然而，目前尚不清楚 MBS1 是否在 1O? 感應中發揮直接作用，或者是否具備發生相分離的能力。

在這項最新研究中，研究團隊發現，1O? 應答的關鍵介導因子——MBS1，從植物到動物均高度保守，其結構由一個鋅指（ZnF）結構域及兩側的內在無序區（IDR）組成。MBS1 通過 ZnF 構象變化以及從液態液滴向低動態凝聚體的相變，在 1O? 感應中發揮關鍵作用。在強光下，MBS1 通過相分離形成凝聚體，包裹在葉綠體表面，減弱了光線穿透，起到類似防曬霜的作用，保護葉綠體免受光損傷。

研究團隊進一步證實，過表達 MBS1 的水稻品系的葉綠體中 1O? 積累顯著減少，在連續四年的多地區田間試驗中，表現出更強的強光耐受性及產量的大幅提升。

該研究的核心發現：

• 保守的 MBS1 蛋白通過鋅指結構域和內在無序區優先感知葉綠體中的 1O?；

• 1O? 誘導 MBS1 蛋白發生相變，形成保護葉綠體的凝聚體；

• MBS1 凝聚體可減弱過量光照穿透，防止葉綠體光損傷 ；

• 過表達 MBS1 的水稻在 4 年田間試驗中表現出顯著增加的強光耐受性和產量。

總的來說，這項研究揭示了 MBS1 凝聚體介導的一種“防曬”機制，賦予葉綠體光保護功能 ，凸顯了其在氣候變化加劇的強光脅迫條件下提高水稻田間產量的應用價值。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.05.042