Nature | 重磅！分子蓝图阐明植物如何感知光!

植物依靠其感知光的能力生存。但与动物不同的是，植物没有长满光感受器的眼睛来捕捉和传达视觉刺激的信息。相反，植物身上有一个光感受器网络，可以探测不同波长的光，使它们能够调节它们的生命周期并适应环境条件。

2022年3月30日，国际顶级学术期刊Nature发表了圣路易斯华盛顿大学Richard Vierstra教授和文安德尔研究所李慧林团队的最新相关研究成果，题为Plant phytochrome B is an asymmetric dimer with unique signalling potential的研究论文。本研究确定了植物重要的光感受器之一的分子结构，一种被称为PhyB的蛋白质，揭示了一个与之前所知完全不同的结构。这一发现可能对农业和"绿色"生物工程实践产生影响。

光感受器，如PhyB，能帮助植物感知和应对它们周围的世界，影响维持生命的过程，如避免阴凉、种子发芽、确定开花时间和叶绿体发育，将光转换成可用的能量。新结构揭示了PhyB是如何工作的，并有可能在农业、可再生能源、甚至细胞成像方面有大量的应用。了解PhyB的结构很重要，因为它直接影响到PhyB如何与其他分子相互作用，以传达光照条件的变化，并通过驱动基因表达的变化帮助植物适应。

为了确定对PhyB的近原子分辨率图像，科研人员转向了地球上研究最多的植物之一，拟南芥。这种小型开花植物是一个理想的研究模型，因为它繁殖迅速，体积小，容易生长。利用VAI的高功率低温电子显微镜，科研人员拍摄了近100万张PhyB与其天然发色团（一种吸收某种颜色光线的分子）相连的粒子图像。然后他们将这些图像缩小到15.5万张，他们用这些图像在3.3埃的近原子水平上构建了PhyB的完整可视化结构。本研究揭示了一个惊喜的结果：他们发现了一个复杂的三维结构，既有平行的部分，也有反平行的部分，而不是早期研究描述的平行结构。这些发现表明，PhyB可能会放大光感应色团分子的微小变化，并急剧改变其形状作为回应，此举可将光的可用性传达给植物。这一发现彻底改变了人们对PhyB和光敏素（PhyB所属的受体家族）的认识。直到现在，人们认为PhyB和其他光敏素可能与单细胞生物，如某些细菌使用的光敏素相似。今天的发现颠覆了这一理论，为进一步研究PhyB和光敏素功能的复杂细节奠定了基础。

图 1：不对称拟南芥PhyB二聚体的整体 3D 结构

图 2：PhyB二聚体的不对称性

图 3：PhyB的PSM由PAS2结构域和nPAS-GAF 区域之间的交叉原体接触保持，这也使Pfr 不稳定

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