研究人员查明植物蓝光反应的初始过程

2016-10-260阅读0

  

  由日本理化学研究所(理研)、美国加利福尼亚大学洛杉矶分校、韩国全南大学等组成的国际共同研究小组2016年10月21日宣布,查明了植物蓝光响应的初期过程。该研究小组表示,植物细胞核内存在的蓝光受体“隐花色素(Cryptochrome)”在接受蓝光后会通过“二聚体化”激活,而BIC1蛋白质会阻碍二聚体化,调节隐花色素的活性。

  

蓝光受体隐花色素控制的生理响应

  (图片出自理研新闻发布资料)

  对植物而言,光承担着重要作用,它不仅是光合作用的能量源,而且还是用来探知周围光环境的信息源,使多个光受体不断得到进化。其中,隐花色素就是一种重要的光受体,控制着植物的众多蓝光响应,比如脱黄化(使黄化的子叶以及变成豆芽状的植物恢原)、花芽形成、避阴反应(伸长茎部,向更好的光环境生长)等。

  

隐花色素蓝光响应的控制模式

  (图片出自理研新闻发布资料)

  隐花色素有CRY1和CRY2两种,在接受蓝光被激活后会控制多种基因的表达。但蓝光使隐花色素激活的分子机制至今未能查明。另外,脱敏作用(在持续的光刺激下,原有的反应消失)机制也一样,以前只知道CRY2被激活后会迅速分解,但CRY1和CRY2共同的脱敏作用机制一直未能查明。

  此次研究使用拟南芥的全长cDNA过量表达系统“Thaliana FOX Line”,对蓝光响应低的变异体实施了筛查。结果发现了对隐花色素信号传导起抑制性作用的“BIC1(Blue light Inhibitor of Cryptochrome 1)基因”。BIC1与隐花色素结合后,会完全阻碍隐花色素磷酸化以及隐花色素控制的多种基因表达控制等与隐花色素信号传导相关的反应。

  另外,CRY2接受蓝光后会“二聚体化”。二聚体化的CRY2在受到磷酸化后,会与信号传导因子SPA1及CIB1结合,控制多种基因的表达,诱导与蓝光相应的形态变化(蓝光响应)。而BIC1阻碍了CRY2的二聚体化形成。这些结果表明,依存于蓝光的二聚体化形成是承担隐花色素初期反应的重要过程,而BIC1通过阻碍隐花色素的二聚体化,在之后抑制了隐花色素的磷酸化等一系列的反应。

  隐花色素控制着各种农作物的重要性状,因此此次研究有望在今后为作物量的生物质性增收等做出贡献。相关研究成果已于2016年10月20日(当地时间)刊登在美国《科学》(Science)杂志的在线速报版上。(特约撰稿人:工藤 宗介)

  (全文完)