Plant Cell | 中国农业大学团队揭示相分离调控小麦株型新机制

株高是决定小麦抗倒伏能力与产量潜力的核心农艺性状。“绿色革命”基因Rht-B1b和Rht-D1b通过抑制赤霉素（GA）信号显著降低株高，但也带来幼苗生长势弱、不适宜深播等不利影响。相比之下，GA敏感型矮秆基因Rht8兼具抗倒伏与保持良好幼苗活力等优点，因此在育种实践中得到广泛应用。

2022年，本团队与中国农业科学院作物科学研究所刘录祥研究员团队分别在Rht8基因图位克隆方面取得重要突破，证实其降秆效应来源于核糖核酸酶H样蛋白编码基因RNHL-D1的功能缺失，相关成果以“背靠背”的形式发表于国际期刊Molecular Plant（Chai et al., 2022, Molecular Plant; Xiong et al., 2022, Molecular Plant）。然而，RNHL1调控小麦株高的分子机理至今尚不明确。

2026年3月19日，The Plant Cell在线发表了中国农业大学小麦研究中心题为“Phase separation of Rht8-derived RNHL1 integrates ethylene and gibberellin signaling to regulate wheat internode elongation”的研究论文。该研究系统解析了RNHL1调控小麦株高的分子机制，揭示其通过相分离方式与转录因子TaEIL1在细胞核内互作，协同调控乙烯与赤霉素信号通路，进而精细调控小麦株高和节间伸长。该模型为理解核糖核酸酶H如何与转录因子协同实现基因表达的精准调控提供了新视角。

在小麦受体材料“Fielder”中创制了rnhl1敲除突变体（rnhl1-aabbdd），该突变体表现出株高降低、节间缩短以及穗长减小。同时过表达RNHL，与野生型相比，所有RNHL1-OE株系的株高、穗长及节间长度均较野生型显著增加，证明RNHL1正向调控小麦株高（Figure 1）。

图1 RNHL1促进节间伸长和穗长增加

蛋白结构预测结果表明，RNHL1与其互作蛋白TaEIL1均含有多个内在无序区，进一步通过体外相分离实验与荧光漂白恢复实验证明二者确实存在液-液相分离行为（Figure 2）。

图2 RNHL1与TaEIL1的液-液相分离特性

ChIP-qPCR表明TaEIL1结合于TaERF1启动子（P2）和5’-UTR（P3），而RNHL1特异性结合于5’-UTR（P3），不结合启动子区。EMSA证实TaEIL1通过与启动子P2区顺式元件直接结合介导转录调控，而RNHL1则通过与5’-UTR的ssRNA和RNA:DNA杂合链结合发挥作用，不结合ssDNA。双荧光素酶报告实验表明，RNHL1与TaEIL1单独表达均可抑制TaERF1转录，二者共表达则表现出更强的协同抑制效应。截断突变分析证实，TaEIL1通过结合TaERF1启动子中的特定顺式元件介导转录抑制。破坏RNHL1的相分离能力（如缺失IDR1/IDR3或RNase H结构域）显著削弱其对TaERF1的抑制作用。上述结果揭示，RNHL1–TaEIL1凝聚体的形成及其互作是协同抑制TaERF1转录的功能基础（Figure 3）。

图3 RNHL1与TaEIL1协同调控TaERF1表达

本研究表明，核糖核酸酶H样蛋白RNHL1与乙烯响应转录因子TaEIL1相互作用，形成功能性生物分子凝聚体，进而调控下游基因表达。

（A）在野生型植株中：RNHL1–TaEIL1模块抑制TaERF1表达，从而解除其对赤霉素生物合成基因TaGA3ox2的抑制作用。这一过程导致赤霉素合成增加，促进植株生长，表现为株高增加、易倒伏性增强。

（B）在RNHL1–TaEIL1功能缺失植株中：RNHL1–TaEIL1模块功能丧失导致TaERF1表达上调，进而强烈抑制TaGA3ox2表达。赤霉素水平随之降低，植株表现为矮化、抗倒伏能力提高。

该模型揭示了乙烯信号如何通过RNHL1–TaEIL1–TaERF1–TaGA3ox2调控级联与赤霉素代谢整合，共同控制小麦株型。图中平头箭头（┴）表示抑制作用，尖头箭头（↗）表示促进作用；箭头粗细对应抑制/促进作用的相对强度（Figure 4）。

图4 小麦RNHL1–TaEIL1–TaERF1–TaGA3ox2调控模块的工作模型

总之，本研究阐明了一个整合乙烯信号与赤霉素代谢以塑造小麦株型的“RNHL1–TaEIL1–TaERF1–TaGA3ox2”调控信号通路，并阐明了RNHL1在核酸代谢和转录调控中的作用。该研究为理解作物中液-液相分离介导的生长调控提供了重要见解。