2022-04-04 10:08

研究发现植物是如何感知光线的

Representative image

植物表面覆盖着一层光敏感受器网络,可以探测到不同波长的光。Van Andel研究所和华盛顿大学的科学家们已经确定了其中一种重要感光细胞的分子结构——一种被称为PhyB的蛋白质——揭示了一种与之前所知完全不同的结构。这项研究结果发表在《自然》杂志上。“光感受器,如、、帮助植物对周围世界的感知和响应影响维持生命过程如荫蔽躲避,种子发芽,开花时间、测定和叶绿体的发展,它将光转换成可用能量,“VAI Huilin李教授说,这项研究的博士,共同通讯作者。“我们的新结构揭示了PhyB的工作原理,并具有在农业、可再生能源甚至细胞成像等领域大量应用的潜力。”

了解PhyB的形状是很重要的,因为它的结构直接影响到PhyB如何与其他分子相互作用,以在光照条件下交流,并帮助植物通过驱动基因表达的变化来适应。之前对PhyB的研究只提供了一个截短的快照,而不是整个分子的详细渲染。为了确定PhyB的近原子分辨率图像,李和研究共同通讯作者、华盛顿大学的Richard D. Vierstra博士转向了地球上研究最多的植物之一——一种名为拟南芥的普通杂草。这种小型开花植物繁殖快、体积小、易于生长,是一种理想的研究模式。利用vai公司的高倍低温电子显微镜,研究小组拍摄了近100万张PhyB粒子图像,这些粒子与PhyB的天然发色团相连。发色团是一种吸收特定颜色光的分子。然后,他们将图像缩小到155000张,他们用这些图像在3.3埃的接近原子水平上构建了PhyB结构的完整可视化。他们的工作揭示了一个令人惊讶的结果:他们发现了一个复杂的三维结构,其中既有平行的部分,也有反平行的部分,而不是早期研究中描述的平行结构。研究结果表明,PhyB可能会放大感光发色团分子的微小变化,并相应地剧烈改变其形状——这一举动向植物传达了光的可用性。这一发现是Li和Vierstra十多年合作的结果,它彻底改变了我们对PhyB和光敏色素的认识,PhyB属于这种受体家族。到目前为止,人们认为PhyB和其他光敏色素可能与单细胞生物(如某些细菌)使用的光敏色素相似。(ANI)