植物如何感知光线，科学家发现完全未知的结构

2022年04月04日德媒刊文。

华盛顿[美国]，4月3日(ANI)：一个感光网络以涂层的形式存在于植物上，它可以探测不同波长的光。

范安德尔研究所和华盛顿大学的科学家已经确定了其中一个重要的光感受器的分子结构，这种蛋白质被称为PhyB。

这揭示了一种与之前所知的完全不同的结构。

研究结果发表在《自然》杂志上。

这项研究的共同作者、VAI教授李慧琳博士说：“光感受器，如PhyB，通过影响维持生命的过程，如遮荫、种子萌发、开花时间的决定和叶绿体的发育，帮助植物感知和回应周围的世界，叶绿体将光转化为可用能量。”

我们的新结构揭示了PhyB的工作原理，在农业、可再生能源甚至细胞成像方面具有广泛的应用潜力。了解PhyB的形状很重要，因为它的结构直接影响到PhyB如何与其他分子相互作用，传达光条件的变化，并通过驱动基因表达的变化来帮助植物适应。

之前对PhyB的研究只提供了截断的快照，而没有提供整个分子的详细渲染。

为了确定PhyB的近原子分辨率图像，李和华盛顿大学的合著者理查德·D·维尔斯特拉博士转向了地球上研究最多的植物之一--一种名为拟南芥的不起眼的杂草。

这种小的开花植物是研究的理想模型，因为它繁殖快，体积小，易于种植。

研究小组使用VAI的高性能冷冻电子显微镜(Cryo-EM)，拍摄了近100万张PhyB与其天然发色团--一种吸收某种颜色光的分子--相连的粒子图像。

然后，他们将图像缩小到1，55,000张，用来构建3.3埃的近原子水平的PhyB结构的完整可视化。

他们的工作揭示了一个令人惊讶的现象：他们发现了一种复杂的3D结构，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。

这些发现表明，PhyB可能会放大感光发色团分子的微小变化，并大幅改变其形状作为回应，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，并彻底改变了我们对PhyB和PhyB所属的受体家族光敏色素的了解。

到目前为止，人们认为PhyB和其他光敏色素很可能类似于某些细菌等单细胞生物体使用的光敏色素。