文章信息
文章题目：Chloroplasts balance energy production and stress resilience via a cold-induced signaling pathway
期刊：Cell
发表时间：2026 年 9 月 18 日
主要内容：广州中医药大学中药学院药用植物生理生态研究所王宏斌/靳红磊团队在Cell期刊发表了题为“Chloroplasts balance energy production and stress resilience via a cold-induced signaling pathway”的研究论文，揭示了低温环境中植物叶绿体平衡能量生产与胁迫防御的分子机制。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.041
使用 TransGen 产品：
ProteinFind® Anti-His Mouse Monoclonal Antibody (HT501)
ProteinFind® Anti-GST Mouse Monoclonal Antibody (HT601)
ProteinIso® Ni-NTA Resin (DP101)
背景介绍
叶绿体是存在于绿色植物和藻类等真核自养生物的细胞中的一种独特细胞器。除了作为光合作用和物质代谢的重要场所，它还承担着感知环境变化的重要功能。借助叶绿体，环境胁迫信号得以与光合作用、物质代谢、有机物储存等重要生物学过程紧密关联，因此它在植物系统性应对环境胁迫的过程中居于中枢位置。在自然界中，温度是最重要的环境因子之一，过高或过低都会导致光合作用效率下降，并影响植物的生长发育。已有研究表明低温会抑制光合作用效率，并影响植物生长发育。但长期以来，叶绿体究竟如何感知低温、又如何对此作出应答，始终没有明确答案。
文章概述
研究团队采取了正向遗传学策略，对模式植物拟南芥的突变体进行了大规模筛选，并成功鉴定出 RAF3 与 RAF6 这两个低温环境下光合作用的负调控因子。低温环境中，RAF3、RAF6 突变体的光合效率相较于野生型植株出现明显提升。RAF3 和 RAF6 编码的蛋白属于 B3 型 RAF 类蛋白激酶，正常情况下，RAF3 大多分布在细胞质内，而 RAF6 主要定位在质膜。值得注意的是，经低温胁迫处理后，两种蛋白都会转运进入叶绿体，共同组装成双蛋白激酶功能模块。进一步研究表明，分子伴侣蛋白 HSP70-1 负责介导 RAF3/6 向叶绿体的转运。进入叶绿体后，RAF3/6 会与光系统 II 核心蛋白 D1 以及捕光天线蛋白 LHCB1 等结合，并催化它们发生磷酸化；发生磷酸化修饰的光系统 II 蛋白会从类囊体基粒区转移至基质区，继而被降解，最终造成光合效率下降。
叶绿体作为植物响应环境胁迫的核心枢纽，还可以调控核内基因转录。RNA-seq 分析发现，RAF3 和 RAF6 缺失会降低细胞核低温防御相关基因的表达。在低温条件下，RAF3/6 能够磷酸化叶绿体—细胞核穿梭蛋白（WHY1），促使 WHY1 从叶绿体向细胞核转移，并激活 CBF、CAMTA 等低温防御相关基因表达，从而适应低温环境。据此，该研究构建了低温感知与应答的两阶转导模型：第一阶段，低温诱导 RAF3/6 进入叶绿体，重塑叶绿体光合系统，抑制光合作用；第二阶段，RAF3/6 通过 WHY1 介导的级联调控将叶绿体状态传递至细胞核，激活低温防御基因表达和防御反应。由此可见，RAF3/6 在叶绿体中具备双重调控功能，一方面下调光合作用，另一方面激活低温防御通路。
植物温度适应相关基因的遗传变异与地理纬度呈现较强的相关性。为探明 RAF3/6 序列中是否存在这类和纬度耦合的遗传变异，研究团队利用 1001 份来源于全球不同纬度的拟南芥自然生态型，对 RAF3 和 RAF6 开展群体遗传分析。结果发现，RAF6 包含一个与地理纬度显著相关的单核苷酸多态性（SNP） 变异位点，该变异能够改变 RAF6 与分子伴侣蛋白 HSP70-1 的相互作用，进而影响其低温条件下的叶绿体转运和低温适应性。高纬度地区 RAF6 基因型编码的蛋白（RAF6132D）可以顺利输入叶绿体，而低纬度地区 RAF6 基因型编码的蛋白（RAF6132N）则无法进入叶绿体，这提示 RAF6 介导一种进化过程中的 “增强型” 的低温适应机制。而 RAF3 没有发现明显的纬度相关的 SNP 位点，提示 RAF3 参与的低温适应通路可能偏向一种基础保障机制。
本研究首次发现了低温信号由细胞表面和细胞质向叶绿体转导的传递介质，提出了由蛋白磷酸化介导的植物能量生产和防御反应的平衡模型，阐释了植物主动降低光合作用和生长发育来增强低温防御的生存智慧，为理解植物环境适应机制提供了新视角。此外，RAF3/6 在植物中具有较高的保守性，这也为植物低温适应性的遗传改良提供重要基因资源和方法策略。
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ProteinFind® Anti-His Mouse Monoclonal Antibody (HT501)
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• 适用于定性或定量检测 His 融合表达蛋白。
ProteinFind® Anti-GST Mouse Monoclonal Antibody (HT601）
抗 GST 标签鼠单克隆抗体为高纯度的小鼠单克隆抗体，属 IgG2a 同型，免疫原为酵母 Y258 GST 重组表达蛋白。
产品特点：
• 高纯度的小鼠单克隆抗体, 特异性强。
• 与 GST 结构域具有高亲和性，适用于特异性检测 GST 融合表达蛋白。
ProteinIso® Ni-NTA Resin (DP101)
本产品对 His 标签蛋白具有特异吸附能力，从而使 His 标签蛋白结合在 Ni-NTA 纯化介质上，未结合的蛋白被洗涤下去，结合在介质上的蛋白经过一定浓度的咪唑或低 pH 缓冲液温和洗脱下来，得到高纯度的目的蛋白。
产品特点：
• 吸附容量大。
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使用 ProteinFind® Anti-GST Mouse Monoclonal Antibody (HT601) 产品发表的部分文章：
• Lu P, Zhang G, Li J, et al. A wheat tandem kinase and NLR pair confers resistance to multiple fungal pathogens[J]. Science, 2025(IF 45.80)
• Zhao P Z, Yang H, Sun J Y, et al. Targeted MYC2 stabilization confers citrus Huanglongbing resistance [J]. Science, 2025.(IF 45.80)
• Duan S J, Zeng Y J, Lin S, et al. Chloroplasts balance energy production and stress resilience via a cold-induced signaling pathway[J]. Cell, 2026.(IF 45.10)
• Yang G Y, Wu M, Zhang S A, et al. Editing strigolactone hormone receptor for robust antiviral silencing in rice[J]. Cell, 2026.(IF 42.50)
• Ou X M, Ma C Y, Sun D J, et al. SecY translocon chaperones protein folding during membrane protein insertion[J]. Cell, 2025.(IF 42.50)
• Tan X, Sun Y, Qi Z, et al. PsAvh109 suppresses SA-triggered immunity by mimicking TPL function to disrupt mediator complex assembly[J]. Nature Communications, 2026.(IF 15.70)
• Yin Z, Xu J, Ma S, et al. Magnaporthe oryzae MoPh1 perceives ER stress and promotes adaptive responses via a plasma membrane-to-vacuole pathway[J]. Nature Communications, 2026.(IF 15.70)
• Qi P, Huai J, Gao N, et al. Phytochrome B integrates jasmonic acid and warm temperature signaling pathways to regulate cotyledon chloroplast development[J]. Nature Communications, 2026.(IF 15.70)
使用 ProteinFind® Anti-GST Mouse Monoclonal Antibody (HT601) 产品发表的部分文章：
• Lu P, Zhang G, Li J, et al. A wheat tandem kinase and NLR pair confers resistance to multiple fungal pathogens[J]. Science, 2025(IF 45.80)
• Zhao P Z, Yang H, Sun J Y, et al. Targeted MYC2 stabilization confers citrus Huanglongbing resistance [J]. Science, 2025.(IF 45.80)
• Duan S J, Zeng Y J, Lin S, et al. Chloroplasts balance energy production and stress resilience via a cold-induced signaling pathway[J]. Cell, 2026.(IF 45.10)
• Yang G Y, Wu M, Zhang S A, et al. Editing strigolactone hormone receptor for robust antiviral silencing in rice[J]. Cell, 2026.(IF 42.50)
• Tan X, Sun Y, Qi Z, et al. PsAvh109 suppresses SA-triggered immunity by mimicking TPL function to disrupt mediator complex assembly[J]. Nature Communications, 2026.(IF 15.70)
• Yin Z, Xu J, Ma S, et al. Magnaporthe oryzae MoPh1 perceives ER stress and promotes adaptive responses via a plasma membrane-to-vacuole pathway[J]. Nature Communications, 2026.(IF 15.70)
使用 ProteinIso® Ni-NTA Resin (DP101) 产品发表的部分文章：
• Zhou L, Liu H, Liu S, et al. Structures of sperm flagellar doublet microtubules expand the genetic spectrum of male infertility[J]. Cell, 2023.(IF 65.00)
• Duan S J, Zeng Y J, Lin S, et al. Chloroplasts balance energy production and stress resilience via a cold-induced signaling pathway[J]. Cell, 2026.(IF 45.10)
• Wang Z L, Han L, Gao L, et al. Genetic basis of phytoalexin-mediated chemical defense in plants[J]. Cell, 2026.(IF 42.50)
• Guo L, Zhao Y, Zhang Q, et al. Stochastically multimerized ParB orchestrates DNA assembly as unveiled by single-molecule analysis[J]. Nucleic Acids Research, 2022.(IF 19.16)
• Zhou C J, Wang X Y, Dong Y H, et al. CENP-F-dependent DRP1 function regulates APC/C activity during oocyte meiosis I[J]. Nature communications, 2022,(IF 17.69)
• Zhang Q, Chen Z, Wang F, et al. Efficient DNA interrogation of SpCas9 governed by its electrostatic interaction with DNA beyond the PAM and protospacer[J]. Nucleic Acids Research, 2021.(IF 16.97)
• Zhou B, Luo Q, Shen Y, et al. Coordinated regulation of vegetative phase change by brassinosteroids and the age pathway in Arabidopsis[J]. Nature Communications, 2023.(IF 16.60)
