光是调控植物生长发育的关键环境信号。在光照条件下，植物会展开气孔以进行气体交换，使二氧化碳得以进入并参与光合作用。然而，这也可能让病原体找到入侵的路径。为了抵御这种威胁，植物启动了包括气孔免疫在内的PTI免疫反应来应对病原菌的入侵，通过关闭气孔来减少病原体的侵入风险。因此，气孔的开关状态体现了植物对生长和防御之间平衡的快速调节。目前尚不清楚的是，植物是否能在蓝光促进气孔开启的同时预知潜在威胁并为防御做准备，以及蓝光信号如何协调光合作用与防御反应。
近日，深圳大学生命与海洋科学学院刘宏涛教授团队和英国The Sainsbury Laboratory（TSL）研究所马文勃教授合作，在国际权威学术期刊Cell Host & Microbe发表了题为The blue-light receptor CRY1 serves as a switch to balance photosynthesis and plant defense的研究论文。该研究揭示了拟南芥中的蓝光受体隐花色素1（CRY1）不仅负责在蓝光下促进气孔开启，还能在病原菌攻击时协助气孔迅速关闭，并参与到气孔免疫过程中。此外，CRY1还调节了多个层面的PTI免疫反应，从而起到一个“双控开关”的作用，平衡植物的光合效率和免疫能力。
本研究表明，除了促进气孔在蓝光下的开放外，CRY1还能增强植物对抗病原菌的准备，尤其是通过增加LURP1蛋白的积累来强化PTI免疫反应，包括气孔免疫。当受到病原菌侵袭时，LURP1会发生N端棕榈酰化修饰，并移位至细胞膜，与免疫受体FLS2相互作用，从而激活植物的PTI免疫反应（图1）。
图1 蓝光受体CRY1平衡植物光合和免疫
这些发现对于理解植物如何在动态环境中平衡光合作用和防御机制至关重要，并揭示了光信号如何增强植物免疫的具体分子机制。此外，研究首次报道了LURP1作为促进FLS2与其共受体BAK1结合并激活的重要成分，对深入理解免疫受体的激活过程具有重要意义（图2）。
图2 LURP1促进免疫受体激活的模式图
华东师范大学的青年研究员郝宇涵和深圳大学的博士后曾泽贤为共同第一作者，深圳大学的刘宏涛教授和英国TSL研究所的马文勃教授为本文共同通讯作者。本研究也获得中国科学院分子植物科学卓越创新中心的辛秀芳、王佳伟和张鹏研究员的鼎力支持。在完成过程中，中国科学院分子植物科学卓越创新中心的袁民航博士做出了很大贡献。深圳大学的杨郁教授和郭世耸博士、TSL研究所的李辉博士、加州大学河滨分校的Shushu Jiang和Eva Hawara以及辰山植物园的李建戌研究员也参与了相关工作。该研究得到了国家自然科学基金项目、中科院先导计划、中科院青促会项目、中国博士后基金、盖茨比慈善基金会、英国研究与创新署生物技术和生物科学研究委员会的资助。
