研究人员发现植物对光和热的感知新机制

拜罗伊特大学和杜塞尔多夫海因里希海涅大学的研究人员描述了植物感知光和热的一种以前未知的机制。该结果有助于更好地理解植物的生理过程。该研究结果发表在《植物细胞》杂志上。

植物可以通过所谓的光敏色素感知光和热，并利用这些色素触发生长等重要反应。气候变化和持续升高的温度会破坏植物的新陈代谢，从而减缓生长速度，并导致植物(包括农作物)死亡。

在此背景下，了解植物控制光和热感知机制的分子基础至关重要。研究结果还可以推动光控制细胞活动(光遗传学)、生物技术和基础研究方面的进步。

植物必须不断适应不同的环境条件，例如全天不同的温度和光照条件。这些刺激通过光敏色素在分子水平上被感知，当温度或波长发生变化时，光敏色素会改变其状态。它们与其他蛋白质(如光敏色素相互作用因子 (PIF))相互作用，从而引发对刺激的生理反应，例如生长。

光敏色素对红光有反应：在黑暗中，光敏色素处于非活性 Pr 状态;当受到红光照射时，它们会转换为活性 Pfr 状态。这种状态变化可以通过改变温度或用波长在 710 至 740 nm 之间的远红光照射来逆转。这种反应说明了光敏色素在感知热和光方面的双重功能，即作为热感受器和光感受器。

拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 的光敏色素 B 的热感受的一个核心组成部分是从 Pfr 状态到 Pr 状态的转变具有明显的温度依赖性。在 4°C 至 27°C 的温度下，这种转变速度会加快十倍以上。然而，光敏色素 B 与不同 PIF 之间的相互作用对植物的热感受的贡献程度此前尚不清楚。

拜罗伊特大学光生物化学工作组的 Andreas Möglich 教授和博士生 Chengwei Yi 正是为此而来。他们与杜塞尔多夫海因里希海涅大学的研究人员一起研究了在红光和远红光以及不同温度下，光敏色素 B 和各种 PIF 复合物的形成和溶解速度。复合物的溶解在 15°C 至 30°C 之间加速了许多倍，而这并不适用于复合物的形成。

在研究红光下光敏色素与PIF的相互作用时，研究人员发现了一个意想不到的现象：在强连续光下，复合物的形成程度并没有像预期的那样随着红光强度的增加而增加，而是降低了。这是因为红光驱动Pr和Pfr状态之间发生了快速的双向转换。

“因此，植物光敏色素可以通过一种额外的、以前未知的、因此未被探索的分子机制，将不同的红光强度和温度转化为生理反应，”该研究的第一作者程伟毅说。

该研究结果推动了植物光敏色素在生物技术中的应用，例如，精确控制基因激活以产生蛋白质。它们还对植物对光和温度信号的感知和整合产生影响。