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植物气孔响应蓝光而打开，允许气体交换和水分蒸发。然而，开放的气孔是病原体的潜在进入点。植物是否能够在气孔打开时感知病原体并产生防御反应，以及如何整合蓝光线索以平衡生长与防御权衡，目前还没有得到很好的描述。2024年12月27日，深圳大学刘宏涛、英国TSL研究所马文博共同通讯在Cell Host & Microbe（IF=20.6）在线发表题为“The blue-light receptor CRY1 serves as a switch to balance photosynthesis and plant defense”的研究论文，该研究表明蓝光受体CRY1充当平衡光合作用和植物防御的开关。
该研究表明，拟南芥蓝光受体隐色素1 (CRY1)介导免疫的各个方面，包括病原体触发的气孔关闭以及通过一种典型的光响应蛋白(LATE UPREGULATED IN RESPONSE TO HYALOPERONOSPORA PARASITICA (LURP1)时上调)激活植物免疫。在细菌鞭毛蛋白存在的情况下，LURP1经历N-末端棕榈酰化，促使亚细胞定位从细胞质到质膜的变化，在那里它增强受体鞭毛蛋白感应2 (FLS2)的活性以介导植物防御。
光是对植物生长和细胞功能有无数影响的最重要的环境线索。气孔的运动受蓝光调节，气孔允许光合作用吸收CO2和通过蒸腾作用损失水分。两种类型的蓝光光感受器，趋光素(PHOT)和隐花色素(CRYs)有助于调节气孔孔径。两种拟南芥PHOT，PHOT1和PHOT2，由N端的两个感光LOV域和C端的一个激酶域组成，介导向光性、叶绿体运动和气孔开放。PHOT通过Ca2+通道诱导Ca2+内流和激活H+ -ATPase在蓝光下将H+泵出膜外来打开气孔。这些受体也参与蓝光诱导的气孔开放，因为cry1 cry2突变体中的气孔表现出降低的蓝光响应。CRYs还在发芽、光形态建成、避荫、开花、果实发育、叶子衰老、昼夜节律钟以及增强生物和非生物应激反应中发挥作用。气孔不仅是CO2的入口，也是几种病原体的入口。作为模式触发免疫(PTI)的一部分，植物进化出一种在感知病原体时关闭气孔的机制，称为气孔免疫。通过模式识别受体(PRRs)识别病原体相关分子模式(PAMPs)来感知细菌。研究最广泛的PAMP是flg22，这是一种由鞭毛蛋白感知2 (FLS2)受体样激酶感知的鞭毛蛋白衍生的肽。PRRs直接将PAMPs识别为细胞外信号，并启动磷酸化级联反应，导致活性氧簇(ROS)爆发、钙内流， 和免疫信号。PAMP感知也会触发气孔关闭。植物适应性最终取决于植物在动态环境中如何有效地平衡生长-防御权衡。一旦病原体进入，潮湿的质外体环境会促进它们的生长和感染。机理模式图（图源自Cell Host & Microbe）
在这项研究中，研究人员发现拟南芥蓝光受体隐花色素1 (CRY1)不仅是蓝光促进的气孔开放所必需的，也是病原体触发的气孔关闭所必需的。CRY1在气孔中起双重控制开关的作用，调节生长-防御权衡。在flg22激发后，对LURP1反应的晚期上调在蓝光中积累，并在其N-末端棕榈酰化后以钙和蓝光依赖的方式重新定位于质膜。在质膜上，LURP1与免疫受体FLS2发生物理相互作用并激活它，从而促进免疫。总之，这些发现揭示了蓝光调节气孔防御，并突出了CRY1在光合作用和免疫中的双重功能。
参考消息：
https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(24)00448-7
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