像其他生物一样，植物需要食物才能生存、生长和繁殖。但与其他许多生物不同的是，它们利用…… 光合作用 它们通过将光能转化为糖类来自行制造食物。这种复杂的反应发生在称为叶绿体的特殊植物亚结构中，并依靠叶绿素这种色素来捕获光能。
植物虽然依赖阳光生存，但过犹不及。在强光条件下，叶绿素会达到吸收阳光的极限，导致叶绿体内部能量过剩，无法用于光合作用。这些过剩的能量会转移到分子氧上，产生单线态氧（¹O₂）。单线态氧是一种高活性分子，会损伤蛋白质、脂质和其他光合作用机制的组成部分。如果损伤严重，植物的生长会受到显著抑制，甚至死亡。
那么植物该如何保护自己呢？根据一项发表在……上的新研究。 手机当光线太强时，植物会在叶绿体上涂抹一种特殊的自制防晒霜。
研究人员发现一种名为MBS1的蛋白质是这种防晒机制的核心成分。在强光照射下，这种特殊蛋白质能够迅速自组装成聚集体，在叶绿体周围形成保护层。MBS1层起到分子防晒的作用，减少到达叶绿体的光线量，从而降低叶绿素中危险的单线态氧的积累。
邵及其同事写道：“MBS1（亚甲基蓝敏感性1）的上调促使凝聚物形成，这些凝聚物覆盖叶绿体，并提供类似防晒霜的保护，免受有害光胁迫。”
研究人员通过阻止MBS1保护膜的形成，测试了这种防晒剂对水稻的影响。他们发现，在缺乏MBS1的情况下，当暴露于强光条件下时，叶绿体中的单线态氧含量会急剧上升。
这一发现立即引发了一系列问题：MBS1是如何聚集的？它是如何知道何时需要保护的？以及它对突然爆发的高强度光能做出多快的反应？
他们的发现令人着迷。通过观察MBS1的三维结构，研究人员发现了其聚集背后的机制——“固有无序区”。这些区域无法折叠成整齐的、固定的三维结构，而是可以与其他分子形成弱相互作用。在合适的条件下，这些相互作用就像分子胶水一样，将许多MBS1分子聚集在一起。这就是MBS1聚集背后的普遍过程。 生物分子缩合物这些结构看起来和行为都与其他细胞器一样，但缺乏外层膜。在这种情况下，强光会触发MBS1的凝聚。
但这并不能解释 形成一种 强光会使MBS1蛋白变得粘稠。答案在于MBS1蛋白中一个叫做……的小区域。 锌指结构域 锌氟化物（ZnF）位于MBS1的两个固有无序区之间。当光损伤导致单线态氧产生时，单线态氧会改变ZnF的形状，进而影响固有无序区，使其能够与其他MBS1蛋白结合。这种“粘附性”促使多个MBS1分子聚集在一起形成凝聚体。这样，凝聚体仅在强光照射造成的光损伤发生时才会形成。
当然，这种冷凝层必须是动态且可逆的。植物只会在光照强度过高、需要保护时才希望冷凝层形成，并在不需要时使其溶解。而这正是研究人员的发现。在正常光照下，MBS1蛋白并不存在于叶绿体表面，这表明这种保护层仅在高强度光照下才会产生。基于这些结果，研究人员得出结论：MBS1蛋白具有以下能力： 动态 通过调节光照条件来保护叶绿体——仅在需要时才启用其分子防晒剂。
邵及其同事写道：“这种机制是一个三合一模块，集成了氧气传感、光线遮蔽和可逆动态防护功能。” 但当光照强度恢复正常后，防晒霜能以多快的速度被“洗掉”仍然是一个悬而未决的问题。
这一机制的发现对农作物具有重要意义。气候变化正将许多农业区的生长环境推向极端。随着植物经历更高的温度、更强的光照和干旱，作物产量更容易受到活性氧（例如单线态氧）的光损伤。例如，由此产生的“午间抑制”（指一天中最热时段光合作用的减缓）会导致光合作用显著降低，进而对产量产生连锁反应。
邵及其同事写道：“气候变化给全球农业带来了巨大的挑战，尤其是在阳光充足的田野里，植物经常会经历中午的抑制和光合作用减弱，这两者加在一起会导致光合作用减少高达 30%。”
因此，研究人员自然而然地提出了下一个问题：我们能否利用MBS1机制来保护作物免受光损伤？为了解决这个问题，他们人为地提高了水稻中MBS1蛋白的产量。结果令人鼓舞。他们观察到“作物产量显著提高，并且由于MBS1蛋白的显著减少，作物对强光环境的适应性也得到了改善”。 1O2 锇叶绿体中的积累MBS过度渲染的线条。
令人惊讶的是，在光合作用活性变化非常高的地区（一天中波长变化的程度）进行的田间试验中，作物籽粒产量增加了惊人的 47.1%。
重要的是，MBS1 过表达并未阻碍正常光照条件下的植物生长。由于这种额外的防晒作用并未以牺牲正常光照下的有效光合作用为代价，因此这对于增强作物抗逆性而言是一个很有前景的发现。
邵及其同事得出结论，这种防晒机制“能够在不降低光合作用效率的情况下提高植物对强光的耐受性，并避免了抗逆性和籽粒产量之间典型的权衡取舍。”
这项研究揭示了植物进化出的一种机制，即能够检测单线态氧积累的早期阶段，并防止其达到有害浓度。这不仅展示了细胞生物学中一个令人振奋的新概念，也为增强作物抗性提供了一种极具前景的策略。
阅读文章： 邵，N., 陈明., 徐宁., 秦Y., 赵Q., 博克R., 周明., 段G., 杨J., 吉大., 吴大., 王Y., 卢Y., 雷X., 孙K., 刘K., 刘G., 孟X., 景Y., 范X., 赵Y., 王B., 于华, 刘, C.，蒋，Y.， 周，Z.和 李，J。（2026）蛋白质凝聚物对叶绿体的防晒作用赋予了植物耐强光性。 手机，189(17)，第 5182-5197.e9 页。 可以在： https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.05.042.
学到更多： Krysiak, M.、Oung, H. 和 基尔霍夫，H.（2025）维管植物叶绿体中的基粒有什么作用？ Annals of Botany，137(3)，第 571-590 页。可访问： https://doi.org/10.1093/aob/mcaf229.
封面图片： 《阳光照耀着农田》 UnsplashCC0 许可。
