深圳大学发表最新Cell论文，开辟光受体的全新研究方向

学术 2024-11-16 12:12 上海

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

隐花色素（Cryptochrome，CRY）是植物的蓝光受体，在植物生长的各个方面发挥重要调节作用。然而，非光激发的CRY在黑暗或非蓝光条件下是否以及如何发挥作用尚不清楚。

2024年11月15日，深圳大学生命与海洋科学学院刘宏涛教授团队（博士后曾德圣为第一作者）在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为：The Arabidopsis blue-light photoreceptor CRY2 is active in darkness to inhibit root growth 的研究论文。

该研究在拟南芥中发现，蓝光受体CRY2在黑暗中活跃，以抑制根的生长。

该研究打破了传统研究框架，首次揭示了蓝光受体CRY在非光激发态具有特异功能，表明蓝光不仅能“激活”CRY功能，也能“失活”CRY功能。这一发现也提示了我们，以往几十年来对光受体的研究只打开了对光受体认知的半扇门，从而为光信号领域开辟了“光受体在黑暗中的功能”这一全新研究方向。

在这项最新研究中，研究团队发现了隐花色素（CRY）的一个非传统功能——拟南芥的蓝光感受器CRY2在黑暗中也会影响拟南芥的转录组，CRY2通过抑制根尖分生组织的细胞分裂来下调黑暗条件下的根部伸长。而蓝光照射会促使CRY2蛋白聚合，从而解除其对根部伸长的抑制作用。

从机制上来说，在黑暗或非蓝光条件下，CRY2会与FORKED-LIKE蛋白家族（FL）的FL1和FL3发生物理相互作用，这些相互作用在蓝光作用下会被抑制。FL只能结合非蓝光激发的CRY2单体，而不能结合蓝光激发后的CRY2多聚体。FL1和FL3是两个位于CRY2遗传学下游的促细胞分裂因子，具备结合细胞分裂基因染色质并促进基因的转录和表达的功能。

也就是说，在黑暗中，CRY2通过结合FL从而抑制FL促根尖分生区细胞分裂，进而抑制主根伸长。而在蓝光下，CRY2形成多聚体不再能和FL结合，FL功能被释放从而促进主根伸长。

这一发现表明，植物已经进化出感知蓝光和黑暗的机制，通过经济且二元化的使用古老的光感受器，在地上和地下器官之间协调激活和抑制竞争性的发育过程，描绘了一幅CRY2在地上地下各司其职、以不同的活性状态通过不同的信号通路达成“让植物茁壮成长”这一共同目标的和谐画面，也为利用光受体改善农作物形态、调控农作物生长发育创新研究奠定了理论基础。

该研究跳出惯有研究思路，首次系统性回答了拟南芥蓝光受体CRY2在未接收蓝光光子的非光激发态是否具有功能活性的问题，揭示了CRY不仅具有被蓝光信号“打开”的“蓝光依赖”的功能活性，还具有被蓝光信号“关闭”的“黑暗依赖”的功能活性。这一发现也提示了我们，以往几十年来对光受体的研究只打开了对光受体认知的半扇门，从而为光信号领域开辟了“光受体在黑暗中的功能”这一全新研究方向。

论文链接：

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)01213-3

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