拜羅伊特大學(xué)和 塞爾多夫海因里?！ずＤ髮W(xué)的研究人員描述了植物對(duì)光和熱感知的一種以前未知的機(jī)制。這些結(jié)果有助于更好地理解植物的生理過程。研究結(jié)果發(fā)表在《植物細(xì)胞》雜志上。

植物可以通過所謂的光敏色素感知光和熱，并利用這些色素觸發(fā)生長(zhǎng)等重要反應(yīng)。氣候變化和不斷上升的氣溫會(huì)破壞植物的新陳代謝，從而減緩生長(zhǎng)，并導(dǎo)致包括農(nóng)作物在內(nèi)的植物死亡。

在此背景下，了解植物光和熱感知控制機(jī)制的分子基礎(chǔ)是必要的。該研究結(jié)果還可以在光控制細(xì)胞活動(dòng)(光遺傳學(xué))、生物技術(shù)和基礎(chǔ)研究方面取得進(jìn)展。

植物必須不斷適應(yīng)不同的環(huán)境條件，比如全天不同的溫度和光照條件。這些刺激是通過光敏色素在分子水平上感知的，當(dāng)溫度或波長(zhǎng)改變時(shí)，光敏色素會(huì)改變它們的狀態(tài)。它們與其他蛋白質(zhì)相互作用，如光敏色素相互作用因子(pif)，觸發(fā)對(duì)刺激的生理反應(yīng)，如生長(zhǎng)。

光敏色素對(duì)紅光起反應(yīng):在黑暗中，光敏色素處于非活性Pr狀態(tài);當(dāng)用紅光照射時(shí)，它們轉(zhuǎn)化為活性Pfr狀態(tài)。這種狀態(tài)的變化可以通過改變溫度或在710和740 nm波長(zhǎng)之間的遠(yuǎn)紅光照射來(lái)逆轉(zhuǎn)。這個(gè)反應(yīng)說明了光敏色素在熱和光感知中的雙重功能，即作為熱感受器和光感受器。

擬南芥(Arabidopsis thaliana)光敏色素B熱接受的一個(gè)核心組成部分是從Pfr狀態(tài)過渡到Pr狀態(tài)的明顯溫度依賴性。在4°C至27°C之間的溫度下，這種轉(zhuǎn)化速度會(huì)加快10倍以上。然而，光敏色素B與不同pif之間的相互作用在多大程度上促進(jìn)了植物的熱接受性，這在以前是未知的。

這就是拜羅伊特大學(xué)光生化工作組的Andreas博士教授M?glich和博士生成偉Yi的作用。他們與來(lái)自 塞爾多夫海因里?！ずＤ髮W(xué)的研究人員一起，研究了光敏色素B和各種pif復(fù)合物在紅光和遠(yuǎn)紅光以及不同溫度下的形成和溶解速度。在15°C到30°C之間，配合物的溶解速度加快了許多倍，而這并不適用于配合物的形成。

當(dāng)研究光敏色素和PIF在紅光下的相互作用時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)意想不到的效果:在強(qiáng)烈的連續(xù)光下，復(fù)雜形成的程度隨著紅光的強(qiáng)度而減少，而不是像預(yù)期的那樣增加。其原因是Pr和Pfr狀態(tài)之間的快速，紅光驅(qū)動(dòng)和雙向轉(zhuǎn)換。

“因此，植物光敏色素可以通過一種額外的、以前未知的、因此未被探索的分子機(jī)制，將不同的紅光強(qiáng)度和溫度轉(zhuǎn)化為生理反應(yīng)，”該研究的第一作者易成偉說。

這些結(jié)果使植物光敏色素在生物技術(shù)中的應(yīng)用取得了進(jìn)展，例如，用于精確控制蛋白質(zhì)生產(chǎn)的基因激活。它們還影響植物對(duì)光和溫度信號(hào)的感知和整合。