我國(guó)學(xué)者在植物光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域取得新進(jìn)展
圖 CRY2在不同生長(zhǎng)時(shí)期、光照環(huán)境、部位以不同的狀態(tài)協(xié)調(diào)植物生長(zhǎng)發(fā)育
在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：32330006、32150007、31825004）等資助下，深圳大學(xué)劉宏濤教授團(tuán)隊(duì)在植物光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“擬南芥藍(lán)光受體CRY2在黑暗中抑制根伸長(zhǎng)（The Arabidopsis blue-light photoreceptor CRY2 is active in darkness to inhibit root growth）”為題，于2024年11月15日在《細(xì)胞》（Cell）雜志在線(xiàn)發(fā)表。論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.031。
光不僅是植物光合作用的能量來(lái)源，也是調(diào)控植物發(fā)育的重要環(huán)境信號(hào)。生長(zhǎng)在黑暗中的植物幼苗下胚軸長(zhǎng)但根較短，而光下的幼苗則下胚軸短但根較長(zhǎng)。植物在光下和暗中發(fā)育完全不同，是因?yàn)楣馐荏w蛋白作為植物的“眼睛”，能感知光信號(hào)從而調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育。植物具備一系列不同的光受體來(lái)感受不同波段的光，其中藍(lán)光受體隱花素（Cryptochromes，CRYs）介導(dǎo)藍(lán)光調(diào)控的植物下胚軸伸長(zhǎng)、開(kāi)花、生物鐘等發(fā)育過(guò)程。關(guān)于CRYs的研究以往聚焦于CRYs的“藍(lán)光激發(fā)”機(jī)制，以及CRYs“藍(lán)光依賴(lài)”的功能活性，那么CRYs在“黑暗中”或“非藍(lán)光激發(fā)態(tài)”是否具有調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的功能呢？
該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)擬南芥藍(lán)光受體CRYPTOCHROME 2（CRY2）在黑暗中可以調(diào)控細(xì)胞分裂、光合作用等多個(gè)重要生命過(guò)程相關(guān)基因的表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，黑暗條件下，在通常會(huì)被忽視的黃化苗根部，CRY2通過(guò)抑制根尖分生區(qū)細(xì)胞分裂從而抑制主根伸長(zhǎng)，而藍(lán)光則解除該抑制。通過(guò)篩選獲得在黑暗（或非藍(lán)光條件）下同CRY2結(jié)合的蛋白FORKED1-LIKE（FL）家族成員FL1和FL3，它們和CRY2的結(jié)合特異受藍(lán)光抑制。后續(xù)研究確認(rèn)FL只能結(jié)合非藍(lán)光激發(fā)的CRY2單體而不能結(jié)合藍(lán)光激發(fā)后的CRY2多聚體。FL1和FL3是兩個(gè)位于CRY2遺傳學(xué)下游的促細(xì)胞分裂因子，可以結(jié)合細(xì)胞分裂基因染色質(zhì)并促進(jìn)基因表達(dá)。黑暗中CRY2通過(guò)結(jié)合FL從而抑制FL促根尖分生區(qū)細(xì)胞分裂，進(jìn)而抑制主根伸長(zhǎng)。藍(lán)光下CRY2形成多聚體不能再與FL結(jié)合，F(xiàn)L功能被釋放從而促進(jìn)主根伸長(zhǎng)。
該研究首次系統(tǒng)地回答擬南芥藍(lán)光受體CRY2在未接收藍(lán)光光子的非光激發(fā)態(tài)是否具有功能活性的問(wèn)題，揭示了CRYs不僅具有被藍(lán)光信號(hào)“打開(kāi)”的“藍(lán)光依賴(lài)”的功能活性，還具有被藍(lán)光信號(hào)“關(guān)閉”的“黑暗依賴(lài)”的功能活性。該發(fā)現(xiàn)為光信號(hào)領(lǐng)域開(kāi)辟了“光受體在黑暗中的功能”這一全新研究方向，有助于人們更立體、更宏觀地理解光信號(hào)對(duì)于植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控，為利用光受體改善農(nóng)作物形態(tài)，調(diào)控農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育，奠定理論基礎(chǔ)。
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