神奇啊！光敏色素可以感知光和溫度，控制植物生長和開花時間！

2020-10-18 博科園

文章來自：博科園官網（www.bokeyuan.net）

一種名為光敏色素B的蛋白質可以感知光和溫度，觸發植物生長並控制開花時間，但它是如何做到這一點的還沒有完全理解。在《自然通訊》期刊上發表的一項新研究中，由加州大學河濱分校植物學和植物科學教授孟晨（音譯）領導的一組細胞生物學家揭示：光敏色素B分子有意想不到被溫度激活的動態，而且根據溫度和光線類型的不同，其行為也會有所不同。

隨著氣候變化使世界變暖，作物的生長模式和開花時間將會改變。更好地理解光敏色素如何調節植物生長的季節性節律，將有助於科學家開發出在地球新氣候下實現最佳生長的作物，甚至可能為動物的癌症提供線索。光敏色素在活性和非活性之間切換，就像一個由光和溫度控制的二元開關。在陽光直射下，比如在開闊的田野裡，光敏色素會「開啟」，吸收遠紅光。

這種活性形式抑制了莖的伸長，從而限制了植物在直射陽光下的生長高度。在陰涼處，光敏色素活性較低，吸收紅色。這種「關閉」形式釋放了對莖生長的抑制，因此植物在陰涼處長得更高，以便與其他植物競爭更多的陽光。在細胞內，光導致「開啟」光敏色素在細胞核內結合成稱為光體的單位。當光敏色素B關閉時，它位於細胞核之外。當「開啟」時，它會在細胞核內移動，並改變基因的表達和生長模式。

光線變化會改變所有焦點的大小和數量，研究小組現在已經表明，溫度會改變單個病灶。研究團隊研究了擬南芥的葉和莖在不同溫度和光照條件下的細胞行為，擬南芥是植物學中用作標準模型的植物，其目標是監測光體如何隨溫度變化。目前的理解是，光敏色素只能在「開啟」狀態下形成光體預計提高氣溫將產生類似於遮蔭的效果——它將關閉光敏色素，而且研究認為光體會消失，就像在樹蔭下一樣。

結果完全出乎意料

研究小組發現，升高溫度並不會導致所有光體一下子消失。取而代之的是，特定光體在特定的溫度範圍內消失。隨著溫度的升高，光體的數量逐漸減少，因為它們選擇性地消失。研究發現，即使在溫暖的溫度下，耐熱光體的一個子集也可以持續存在。其餘病灶在氣溫降低的每個階段都會消失，以前認為所有的病灶都一樣，但現在知道它們都是不同的。讓它們選擇性消失的機制，一定不同於讓它們在陰涼處消失的機制。

這表明單個光體可能是特定溫度範圍內的傳感器。研究還表明，光敏色素B對溫度的反應來自分子的兩個不同位置。第一部分感知溫度，第二部分形成焦點，由第二個位置形成的焦點對溫度不敏感。這表明光和溫度是由分子的同一部分感知的，但導致不同的行為。光體是大型的、動態的蛋白質複合物，結果表明，它們中的每一個都可能有不同成分。單個光體的獨特組成，使它們對溫度的反應有所不同。

未來對理解每個光體獨特特徵的研究，可能會揭示溫度傳感的潛在機制，以及植物對溫度反應基因表達的調控。除了幫助培育在變暖的世界茁壯成長的植物外，這項研究還可以幫助科學家了解更多關於動物癌症的知識，動物細胞中的蛋白質也在某種程度上形成與癌症相關的病灶，但它們在基因表達和調控中的作用尚不清楚。

博科園｜研究/來自：加州大學河濱分校

參考期刊《自然通訊》

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