



2026年4月,中国农业科学院深圳农业基因组研究所崔鹏、贺炳研究员团队在Environmental and Experimental Botany在线发表了题为“Alternative splicing regulation by plant SR proteins: Molecular mechanisms, biological functions, and implications for crop improvement”的综述论文。该研究系统梳理了植物丝氨酸/精氨酸富集(SR)蛋白的结构特征、分子调控机制与生物学功能,重点阐释了植物特有SR蛋白亚家族的独特作用,同时整合了SR蛋白在mRNA全生命周期的调控网络,并为其在作物抗逆精准育种中的应用提供了理论支撑与实践方向,深化了学界对植物转录后基因表达调控的核心认知。
研究背景
前体mRNA的可变剪接,是真核生物拓展转录组与蛋白质组多样性的核心机制,也是植物适配内源发育进程、响应外界复杂环境胁迫的关键调控策略。而SR蛋白,正是可变剪接调控网络中的核心枢纽。作为一类在真核生物中高度保守的 RNA 结合蛋白,SR蛋白的经典功能是介导前体mRNA的组成型与可变剪接,同时它还深度参与mRNA核输出、无义介导的mRNA降解、翻译调控等RNA代谢的全流程,是贯穿植物基因表达调控全过程的关键分子。
但长期以来,SR蛋白的研究重心多集中于动物领域,植物领域的研究进展相对零散。相比于人类基因组仅编码12个SR蛋白,植物中的SR蛋白编码基因发生了显著的物种特异性扩张,绝大多数植物SR基因的功能尚未得到明确解析。尤其是植物特有的SR蛋白亚家族的调控机制、SR蛋白在mRNA全生命周期中的整合调控作用,以及其在作物育种中的转化价值,始终缺乏系统性的梳理与深度阐释,这也成为了制约植物转录后调控研究与作物分子育种应用的关键瓶颈。
研究内容
在这篇综述中,团队首先从SR蛋白的结构本质出发,厘清了植物SR蛋白家族的分类体系与进化特征。研究明确,植物SR蛋白的核心骨架由N端的RNA识别基序(RRM)与C端的精氨酸-丝氨酸富集(RS)结构域构成——前者负责特异性识别并结合RNA靶标,决定了剪接调控的序列特异性;后者则主导剪接体的组装与蛋白间的互作,是SR蛋白发挥剪接激活功能的核心元件。基于结构特征,植物SR蛋白可划分为6个亚家族,其中SR、SC、RSZ亚家族在动物中存在同源基因,而RS、SCL、RS2Z三个亚家族为植物所特有,部分植物特有亚家族还携带锌指结构等附属元件,进一步赋予了其独特的RNA结合特性与调控功能(图1)。

图1 拟南芥蛋白基因家族示意图,展示了SR蛋白成员的结构域组成
在此基础上,综述打破了过往研究仅聚焦SR蛋白剪接功能的局限,构建了其贯穿mRNA全生命周期的整合调控网络。团队系统阐释了SR蛋白如何实现转录与剪接的协同调控——它不仅能通过精准识别剪接调控元件,全程参与剪接体的组装与成熟,决定剪接位点的选择与剪接效率,还能协同相关RNA元件解除转录暂停,将转录延伸与剪接过程深度偶联。同时,SR蛋白还深度参与翻译起始的调控与RNA质量控制,既可以通过互作翻译因子激活蛋白翻译,也能通过稳定外显子连接复合物激活无义介导的mRNA降解通路,清除异常转录本,维持植物基因表达的稳态(图2)。

图2 SR蛋白调控的选择性剪接机制
值得关注的是,综述还重点解析了SR蛋白功能调控的上游机制,系统梳理了磷酸化修饰与液-液相分离(LLPS)两大核心调控方式。其中,由特定激酶与磷酸酶构成的磷酸化-去磷酸化平衡网络,直接决定了SR蛋白的活性与亚细胞定位;而液-液相分离则是近年来发现的植物SR蛋白响应胁迫的新型调控机制,SR蛋白可通过相分离形成核内凝聚体,在逆境条件下快速重编程宿主的剪接程序,实现对环境胁迫的快速响应。
围绕SR蛋白的生物学功能,综述全面勾勒了其在植物全生命周期与逆境响应中的调控图景(图3)。从胚胎发育、种子萌发到营养生长、开花生殖,SR蛋白在植物生长发育的各个阶段都发挥着不可替代的作用;而在盐、干旱、低温、重金属胁迫与病原菌侵染等逆境条件下,不同的SR蛋白亚家族会通过特异性的剪接调控,重编程植物的逆境响应网络,帮助植物适配复杂的外界环境。综述中梳理的大量实证研究也证实,SR蛋白的功能缺失或异常表达,会直接导致植物出现严重的发育缺陷与抗逆能力下降,进一步印证了其作为核心调控节点的重要性。

图3 SR蛋白调控植物生长、发育与胁迫应答的功能模型
同时,针对领域内的研究技术需求,综述还系统梳理了SR蛋白相关可变剪接分析的生物信息学工具与测序技术方案,结合不同研究场景提出了适配的工具组合策略,为后续植物SR蛋白与可变剪接相关研究提供了可直接参考的标准化技术路径。
研究结论与意义
该研究明确了植物SR蛋白作为连接分子调控机制(剪接、磷酸化、液-液相分离)、生物学功能(生长发育、逆境响应)和作物育种的关键节点,其通过调控可变剪接整合了植物生长发育与环境适应的复杂网络。综述不仅填补了植物特有SR蛋白亚家族系统研究的空白,打破了以往仅聚焦SR蛋白-可变剪接单一通路的研究局限,还为SR蛋白相关的可变剪接研究提供了标准化的生物信息学分析策略,同时通过总结CRISPR编辑SR基因的作物育种案例,为作物抗逆精准育种提供了新的靶标和思路。该研究成果深化了学界对植物基因表达后转录调控机制的理解,为后续植物SR蛋白的功能研究和作物遗传改良实践奠定了重要基础。
本期编辑:
贺炳 中国农业科学院深圳农业基因组研究所
文稿联系及审核:
高彩球 东北林业大学
校对排版:
李正阳 东北林业大学
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