一種名為光敏色素B的蛋白質(zhì)可以感知光和溫度，觸發(fā)植物生長(zhǎng)并控制開(kāi)花時(shí)間，但它是如何做到這一點(diǎn)的還沒(méi)有完全理解。

在《自然通訊》期刊上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，由加州大學(xué)河濱分校植物學(xué)和植物科學(xué)教授孟晨（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的一組細(xì)胞生物學(xué)家揭示：光敏色素B分子有意想不到被溫度激活的動(dòng)態(tài)，而且根據(jù)溫度和光線(xiàn)類(lèi)型的不同，其行為也會(huì)有所不同。

隨著氣候變化使世界變暖，作物的生長(zhǎng)模式和開(kāi)花時(shí)間將會(huì)改變。更好地理解光敏色素如何調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的季節(jié)性節(jié)律，將有助于科學(xué)家開(kāi)發(fā)出在地球新氣候下實(shí)現(xiàn)最佳生長(zhǎng)的作物，甚至可能為動(dòng)物的癌癥提供線(xiàn)索。光敏色素在活性和非活性之間切換，就像一個(gè)由光和溫度控制的二元開(kāi)關(guān)。在陽(yáng)光直射下，比如在開(kāi)闊的田野里，光敏色素會(huì)“開(kāi)啟”，吸收遠(yuǎn)紅光。

這種活性形式抑制了莖的伸長(zhǎng)，從而限制了植物在直射陽(yáng)光下的生長(zhǎng)高度。在陰涼處，光敏色素活性較低，吸收紅色。這種“關(guān)閉”形式釋放了對(duì)莖生長(zhǎng)的抑制，因此植物在陰涼處長(zhǎng)得更高，以便與其他植物競(jìng)爭(zhēng)更多的陽(yáng)光。在細(xì)胞內(nèi)，光導(dǎo)致“開(kāi)啟”光敏色素在細(xì)胞核內(nèi)結(jié)合成稱(chēng)為光體的單位。當(dāng)光敏色素B關(guān)閉時(shí)，它位于細(xì)胞核之外。當(dāng)“開(kāi)啟”時(shí)，它會(huì)在細(xì)胞核內(nèi)移動(dòng)，并改變基因的表達(dá)和生長(zhǎng)模式。

光線(xiàn)變化會(huì)改變所有焦點(diǎn)的大小和數(shù)量，研究小組現(xiàn)在已經(jīng)表明，溫度會(huì)改變單個(gè)病灶。研究團(tuán)隊(duì)研究了擬南芥的葉和莖在不同溫度和光照條件下的細(xì)胞行為，擬南芥是植物學(xué)中用作標(biāo)準(zhǔn)模型的植物，其目標(biāo)是監(jiān)測(cè)光體如何隨溫度變化。目前的理解是，光敏色素只能在“開(kāi)啟”狀態(tài)下形成光體預(yù)計(jì)提高氣溫將產(chǎn)生類(lèi)似于遮蔭的效果——它將關(guān)閉光敏色素，而且研究認(rèn)為光體會(huì)消失，就像在樹(shù)蔭下一樣。

結(jié)果完全出乎意料

研究小組發(fā)現(xiàn)，升高溫度并不會(huì)導(dǎo)致所有光體一下子消失。取而代之的是，特定光體在特定的溫度范圍內(nèi)消失。隨著溫度的升高，光體的數(shù)量逐漸減少，因?yàn)樗鼈冞x擇性地消失。研究發(fā)現(xiàn)，即使在溫暖的溫度下，耐熱光體的一個(gè)子集也可以持續(xù)存在。其余病灶在氣溫降低的每個(gè)階段都會(huì)消失，以前認(rèn)為所有的病灶都一樣，但現(xiàn)在知道它們都是不同的。讓它們選擇性消失的機(jī)制，一定不同于讓它們?cè)陉帥鎏幭У臋C(jī)制。

這表明單個(gè)光體可能是特定溫度范圍內(nèi)的傳感器。研究還表明，光敏色素B對(duì)溫度的反應(yīng)來(lái)自分子的兩個(gè)不同位置。第一部分感知溫度，第二部分形成焦點(diǎn)，由第二個(gè)位置形成的焦點(diǎn)對(duì)溫度不敏感。這表明光和溫度是由分子的同一部分感知的，但導(dǎo)致不同的行為。光體是大型的、動(dòng)態(tài)的蛋白質(zhì)復(fù)合物，結(jié)果表明，它們中的每一個(gè)都可能有不同成分。單個(gè)光體的獨(dú)特組成，使它們對(duì)溫度的反應(yīng)有所不同。

未來(lái)對(duì)理解每個(gè)光體獨(dú)特特征的研究，可能會(huì)揭示溫度傳感的潛在機(jī)制，以及植物對(duì)溫度反應(yīng)基因表達(dá)的調(diào)控。除了幫助培育在變暖的世界茁壯成長(zhǎng)的植物外，這項(xiàng)研究還可以幫助科學(xué)家了解更多關(guān)于動(dòng)物癌癥的知識(shí)，動(dòng)物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)也在某種程度上形成與癌癥相關(guān)的病灶，但它們?cè)诨虮磉_(dá)和調(diào)控中的作用尚不清楚。

博科園｜研究/來(lái)自：加州大學(xué)河濱分校

參考期刊《自然通訊》

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