Genome Biology | 華中農業大學李興旺團隊構建水稻相分離相關蛋白綜合數據庫——ricePSP

液-液相分離（LLPS），即蛋白質或核酸等生物大分子通過多價相互作用形成動態可逆的無膜凝聚體，是近年來生命科學領域的研究熱點。這些凝聚體可在細胞中實現特定生化反應的時空區隔，參與RNA代謝、基因轉錄、DNA修復、應激響應和染色質三維基因組結構形成等多種關鍵生命過程的調控。盡管LLPS在動物細胞中的研究已較為深入，但在植物，尤其是農作物中的相關研究仍相對滯后。

近日，華中農業大學作物遺傳改良全國重點實驗室李興旺教授團隊構建了水稻相分離相關蛋白的綜合數據庫ricePSP。該數據庫系統整合了水稻全基因組蛋白質的相分離預測評分、結構特征、功能注釋及實驗驗證等信息，為研究作物中無膜細胞器在農藝性狀調控中的作用提供了強有力的數據支持。

研究團隊對水稻中所有66,338個注釋蛋白進行了系統的相分離潛力預測，結合多種報道的預測方法（如PSPredictor、MolPhase、PLAAC）評估其形成凝聚體的可能性，最終預測了10,000多個高置信度的相分離相關蛋白（PSPs）和1,300多個含有類朊病毒結構域的蛋白（PrDPs）。此外，團隊還利用AlphaFold結構預測技術對這些蛋白的結構特征進行了驗證，發現高PS評分蛋白普遍具有較低的結構置信度（pLDDT值），提示其含有較多的內在無序區域（IDRs），這與LLPS蛋白的典型特征高度一致。

在實驗驗證方面，研究團隊采用水稻原生質體瞬時表達系統，對多個候選PSP進行了體內成像實驗。結果顯示，包括OsPIL13、OsCO3、ELF3-2等在內的多個蛋白可在細胞核內形成明顯的點狀凝聚體，表現出典型的相分離行為，進一步驗證了數據庫預測的準確性。

為展示ricePSP的應用價值，研究團隊以水稻開花調控為案例，系統分析了與抽穗期相關的PSPs。結果發現，多個關鍵開花調控因子（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絡，暗示LLPS可能在水稻光周期開花調控中發揮重要作用。該發現不僅拓展了我們對水稻開花機制的理解，也為未來通過調控LLPS相關蛋白來改良作物生育期提供了新思路。此外，研究團隊還發現，多個與逆境響應相關的蛋白（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可通過相分離參與應激顆粒形成。這暗示LLPS在植物應對干旱、高溫、鹽脅迫等環境挑戰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研究提供了方法參考和數據支持。值得一提的是，課題組利用該數據庫，挖掘了水稻中一個重要開花復合體，發現該復合體通過相分離調控水稻成花素基因的染色質遠程互作，進而調控成花素基因的時空協同表達，最終調控水稻的抽穗期等重要農藝性狀，為相分離調控染色質結構和作物表型性狀提供了重要證據（相關結果在審稿中）。

華中農業大學/湖北洪山實驗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、欒世平和已畢業的郭閩榕博士為共同第一作者。相關研究得到國家自然科學基金等支持。

論文鏈接：

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