2024年12月27日，深圳大学生命与海洋科学学院刘宏涛教授团队和英国TSL研究所马文勃教授合作，在Cell Host & Microbe上发表了题为“The blue-light receptor CRY1 serves as a switch to balance photosynthesis and plant defense”的研究论文。研究表明，拟南芥蓝光受体隐花色素1（CRY1）不仅介导蓝光打开气孔，还能在病原菌入侵时帮助气孔迅速关闭，参与调控气孔免疫过程。同时，CRY1还调控了PTI免疫的多个方面，作为一个“双控开关”平衡了植物的光合和免疫。
光是调控植物生长发育最重要的环境信号。植物在光下将气孔打开，进行气体交换，二氧化碳进入，进而进行光合作用。然而，开放的气孔也可能是病原体的潜在入口。病原菌主要通过气孔进入植物细胞，病原菌入侵时植物首先启动包括气孔免疫的一系列PTI免疫反应。通过气孔免疫，植物关闭气孔，有效地减少病原菌的入侵。因此，气孔的开启和关闭代表了植物在不断变化的环境中对生长和防御之间平衡的快速调整。植物能否在蓝光促进气孔打开时就预知危险并为防御病原体做好准备，以及蓝光信号如何平衡光合生长与防御反应均未知。
本研究发现拟南芥蓝光受体CRY1不仅可以在蓝光下促进气孔开启，还可以为应对病原菌做好准备，增强PTI免疫反应，包括气孔免疫，在病原菌入侵时快速关闭气孔。在黑暗中，植物气孔关闭，病原菌很难进入植物体内。而在蓝光下，CRY1会帮助植物将气孔打开进行光合作用，同时CRY1也会帮助植物积累LURP1（LATE UPREGULATED IN RESPONSE TO HYALOPERONOSPORA PARASITICA）蛋白，随时为防御可能到来的病原菌做好准备。病原菌入侵时，LURP1会迅速以钙和蓝光/CRY1依赖的方式发生N端棕榈酰化修饰，并发生定位变化，定位到细胞质膜。在质膜上，LURP1与免疫受体FLS2 (FLAGELLIN SENSING 2)相互作用并激活其功能，以增强植物PTI免疫反应（图1）。
图1 蓝光受体CRY1平衡植物光合和免疫
本研究的发现对于理解植物如何在动态环境中有效地平衡光合-防御有着重要的意义。首先，蓝光受体CRY1既能调控气孔打开又能调控气孔关闭，作为一个受体开关，发挥了开和关这两种功效，在不断变换的环境中动态地调整植物生长和免疫状态。其次，本文首次揭示了光信号增强植物PTI免疫的分子机制。在1970年就有文章报道，随着光强的减弱，植物对病原菌的抗性也变弱，但机制一直未知。本研究发现蓝光可以通过受体CRY1介导LURP1对免疫受体FLS2的调控，解析了这种现象背后的分子机制。第三， 本研究首次报道了能够促进FLS2与共受体BAK1结合并促进受体激活的元件LURP1，对更好地理解免疫受体激活过程有着重要意义（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。
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Cell、Developmental Cell、Nature Plants、Nature Structure & Molecular Biology、 Nature Communications、EMBO Journal、PNAS、Plant Cell等。
