光提供植物和其他光合生物生长所需的能量,最终产生的代谢物为地球上所有其他生物提供食物。植物也依靠光线来发展它们的光合作用机制,并根据日常和季节节奏同步它们的生命周期。
例如,植物的光感受器通路使它们能够确定种子在土壤中的深度,“测量”白昼时间的减少,并改变植物的发育,为夏季的到来或冬季的开始做好准备。
圣路易斯华盛顿大学的一项新研究让我们深入了解了一种名为光敏色素的蛋白质是如何感知光线并影响植物生长的。这篇论文本周发表在《科学》杂志上美国国家科学院院刊。
“光敏色素在光感受器中是独一无二的,因为它们以两种稳定且可相互转换的状态存在:一种是在黑暗中合成的非活性形式,另一种需要光来激活,”艺术与科学生物学教授理查德·d·维尔斯特拉说。爱博网投领导者
“通过测量这两种形式的比例,光敏色素可以感知光的强度、持续时间、光的颜色,甚至是一天的长度。尽管对光感受器进行了60年的研究,但这些黑暗和光明形式的差异仍然是一个谜。”
Vierstra和他的合作者克服了一个主要障碍,即确定支持光适应状态和暗适应状态之间转换的事件顺序。
他们发现了一种晶体形式的光感受器PixJ,这种晶体形式的光感受器可以在活性和非活性形式之间进行可逆的光转换。值得注意的是,晶体在光转换过程中保持其完整性。Sethe Burgie是艺术与科学学院的生物学研究科学家,也是这篇论文爱博网投领导者的第一作者,她能够收集高分辨率的x射线衍射数据,这些数据是识别反应途径中间产物所必需的,她使用了一种叫做x射线晶体学的复杂技术。
研究人员现在应该能够使用新开发的x射线自由电子激光器来获取这种光敏色素晶体的结构快照,因为它最初通过其非活性光感受器吸收光,直到它获得完全成熟的活性状态——这一过程在一毫秒内完成。
在初步测试中,Vierstra小组能够看到光感受器的第一次抽搐是其发色团的一部分,该发色团捕获光激活时旋转的光能。
“换句话说,现在应该有可能制作出原子分辨率的分子电影,勾勒出光感受器的结构转变,”Burgie说。“我们现在正处于定义光敏色素在生物非活性和活性状态之间移动时发生的内部事件和物理变化序列的尖端,这将最终帮助研究人员对植物进行修修补补,以提高其农业产量和可持续性。”
了解光转化循环的结构基础是开发修饰光敏色素的重要一步,这将赋予作物植物有益的光敏特性。
“此外,由于光敏色素能感知光和温度,改变光敏色素的功能有很大的潜力,可以使作物更好地适应特定的环境,并可能有助于扩大这些作物的范围,”Vierstra说。
故事来源:
材料所提供的圣路易斯的华盛顿大学。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
期刊引用:
引用此页: