光不仅是驱动植物光合作用的能量源，它还充当了调控植物发育的重要环境信号。在黑暗中生长的植物幼苗表现出下胚轴（即子叶以下、根以上的部分）拉长而根部发育不良的现象；而在光照条件下，幼苗的下胚轴较短，但根系则更为发达。这种差异性的发育模式源于植物内部的光受体蛋白，它们如同植物的“视觉器官”，能够感知光线并据此调整植物的生长和发育。
最近的研究揭示了蓝光受体隐花素（Cryptochromes, CRYs）在非光激发状态下同样具有功能活性。传统上，关于CRYs的研究多集中在它们如何被蓝光激活以及这些激活后的功能。然而，2024年11月，著名国际顶尖学术期刊《Cell》在线发表了深圳大学刘宏涛课题组题为“The Arabidopsis blue-light photoreceptor CRY2 is active in darkness to inhibit root growth”的研究论文。该研究打破了以往的认知，首次证明了CRY2在没有蓝光刺激的情况下，即在黑暗中，依然活跃，并且具体表现为抑制根部生长的功能。
研究显示，在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，CRY2在黑暗条件下调节着细胞分裂、光合作用等过程相关基因的表达。特别是在黄化苗（即在无光条件下生长的植物）的根部，CRY2通过抑制根尖分生组织中的细胞分裂来阻止主根的伸长。当蓝光照射时，这种抑制作用会被解除。研究人员进一步发现了FORKED1-LIKE（FL）家族成员FL1和FL3，它们在黑暗或非蓝光条件下与CRY2结合，但在蓝光下，CRY2形成多聚体后便不再能与FL结合。FL1和FL3作为促进细胞分裂的因子，其功能因蓝光导致的CRY2结构变化而被释放，从而促进了主根的伸长。（图1）
图1 CRY2–FL调控拟南芥主根伸长
这项研究不仅拓宽了我们对光受体在黑暗中功能的理解，也为解释某些自然现象提供了新的视角。例如，为什么在黑暗中生长的黄化苗会有较长的下胚轴和较短的根，因为此时的CRY2处于非光激发态，它会抑制根的生长并将能量优先分配给下胚轴的延长，帮助植物突破土壤表面以接触阳光。而在光下的绿色植物则呈现出短下胚轴和长根的特点，这是因为光激活的CRY2抑制了地上部分的下胚轴生长，同时允许根部的FL1和FL3发挥作用，促进地下部分的主根伸长，有利于植物更好地吸收养分并构建合理的植株形态。这一发现为未来通过调控光受体来优化农作物的形态和生长发育提供了理论基础。（图2）
深圳大学博士后曾德圣为该论文的第一作者，刘宏涛教授为通讯作者。（图3）博士生吕军清和李旭教授也参与了相关工作。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。
图3 刘宏涛教授（左）与曾德圣博士
刘宏涛，深圳大学生命与海洋科学学院教授、博导、院长，植物生理与分子生物学学会女科学家分会会长。担任 Plant Cell, Current Biology，PNAS (guest editor)，JIPB，中国科学（生命科学），Plant Communications，aBiotech杂志编委。获得国家基金委“杰出青年基金”“优秀青年基金”、科技部中青年科技创新领军人才、中科院“百人计划”等项目资助。曾获“国务院政府特殊津贴”“中国青年科技奖”“中国青年女科学家奖”“亚太光生物学会青年科学家奖”“中科三安光生物学杰出贡献奖”等奖励。围绕“光信号调控植物发育可塑性”这一科学问题开展了系统性研究，取得了一系列研究成果。相关研究成果以通讯作者发表在Developmental Cell、Nature Plants、Nature Structure & Molecular Biology、 Nature Communications、EMBO Journal、PNAS、Plant Cell等。
