一种名为光敏色素B的蛋白质可以感知光和温度,触发植物生长并控制开花时间,但它是如何做到这一点的还没有完全理解。在《自然通讯》期刊上发表的一项新研究中,由加州大学河滨分校植物学和植物科学教授孟晨(音译)领导的一组细胞生物学家揭示:光敏色素B分子有意想不到被温度激活的动态,而且根据温度和光线类型的不同,其行为也会有所不同。

随着气候变化使世界变暖,作物的生长模式和开花时间将会改变。更好地理解光敏色素如何调节植物生长的季节性节律,将有助于科学家开发出在地球新气候下实现最佳生长的作物,甚至可能为动物的癌症提供线索。光敏色素在活性和非活性之间切换,就像一个由光和温度控制的二元开关。在阳光直射下,比如在开阔的田野里,光敏色素会“开启”,吸收远红光。

这种活性形式抑制了茎的伸长,从而限制了植物在直射阳光下的生长高度。在阴凉处,光敏色素活性较低,吸收红色。这种“关闭”形式释放了对茎生长的抑制,因此植物在阴凉处长得更高,以便与其他植物竞争更多的阳光。在细胞内,光导致“开启”光敏色素在细胞核内结合成称为光体的单位。当光敏色素B关闭时,它位于细胞核之外。当“开启”时,它会在细胞核内移动,并改变基因的表达和生长模式。

光线变化会改变所有焦点的大小和数量,研究小组现在已经表明,温度会改变单个病灶。研究团队研究了拟南芥的叶和茎在不同温度和光照条件下的细胞行为,拟南芥是植物学中用作标准模型的植物,其目标是监测光体如何随温度变化。目前的理解是,光敏色素只能在“开启”状态下形成光体预计提高气温将产生类似于遮荫的效果——它将关闭光敏色素,而且研究认为光体会消失,就像在树荫下一样。

结果完全出乎意料

研究小组发现,升高温度并不会导致所有光体一下子消失。取而代之的是,特定光体在特定的温度范围内消失。随着温度的升高,光体的数量逐渐减少,因为它们选择性地消失。研究发现,即使在温暖的温度下,耐热光体的一个子集也可以持续存在。其余病灶在气温降低的每个阶段都会消失,以前认为所有的病灶都一样,但现在知道它们都是不同的。让它们选择性消失的机制,一定不同于让它们在阴凉处消失的机制。

这表明单个光体可能是特定温度范围内的传感器。研究还表明,光敏色素B对温度的反应来自分子的两个不同位置。第一部分感知温度,第二部分形成焦点,由第二个位置形成的焦点对温度不敏感。这表明光和温度是由分子的同一部分感知的,但导致不同的行为。光体是大型的、动态的蛋白质复合物,结果表明,它们中的每一个都可能有不同成分。单个光体的独特组成,使它们对温度的反应有所不同。

未来对理解每个光体独特特征的研究,可能会揭示温度传感的潜在机制,以及植物对温度反应基因表达的调控。除了帮助培育在变暖的世界茁壮成长的植物外,这项研究还可以帮助科学家了解更多关于动物癌症的知识,动物细胞中的蛋白质也在某种程度上形成与癌症相关的病灶,但它们在基因表达和调控中的作用尚不清楚。

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博科园|研究/来自:加州大学河滨分校

参考期刊《自然通讯》

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神奇啊!光敏色素可以感知光和温度,控制植物生长和开花时间!

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一种名为光敏色素B的蛋白质可以感知光和温度,触发植物生长并控制开花时间,但它是如何做到这一点的还没有完全理解。