深圳大学Cell发文：拟南芥蓝光受体CRY2在黑暗中抑制根伸长

　　

       

图 CRY2在不同生长时期、光照环境、部位以不同的状态协调植物生长发育

　　在国家自然科学基金项目（批准号：32330006、32150007、31825004）等资助下，深圳大学刘宏涛教授团队在植物光信号转导研究方面取得新进展，相关成果以“拟南芥蓝光受体CRY2在黑暗中抑制根伸长（The Arabidopsis blue-light photoreceptor CRY2 is active in darkness to inhibit root growth）”为题，于2024年11月15日在《细胞》（Cell）杂志在线发表。论文链接： https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.031。

　　光不仅是植物光合作用的能量来源，也是调控植物发育的重要环境信号。生长在黑暗中的植物幼苗下胚轴长但根较短，而光下的幼苗则下胚轴短但根较长。植物在光下和暗中发育完全不同，是因为光受体蛋白作为植物的“眼睛”，能感知光信号从而调控植物生长发育。植物具备一系列不同的光受体来感受不同波段的光，其中蓝光受体隐花素（Cryptochromes，CRYs）介导蓝光调控的植物下胚轴伸长、开花、生物钟等发育过程。关于CRYs的研究以往聚焦于CRYs的“蓝光激发”机制，以及CRYs“蓝光依赖”的功能活性，那么CRYs在“黑暗中”或“非蓝光激发态”是否具有调控植物生长发育的功能呢？

　　该团队研究发现拟南芥蓝光受体CRYPTOCHROME 2（CRY2）在黑暗中可以调控细胞分裂、光合作用等多个重要生命过程相关基因的表达。进一步研究发现，黑暗条件下，在通常会被忽视的黄化苗根部，CRY2通过抑制根尖分生区细胞分裂从而抑制主根伸长，而蓝光则解除该抑制。通过筛选获得在黑暗（或非蓝光条件）下同CRY2结合的蛋白FORKED1-LIKE（FL）家族成员FL1和FL3，它们和CRY2的结合特异受蓝光抑制。后续研究确认FL只能结合非蓝光激发的CRY2单体而不能结合蓝光激发后的CRY2多聚体。FL1和FL3是两个位于CRY2遗传学下游的促细胞分裂因子，可以结合细胞分裂基因染色质并促进基因表达。黑暗中CRY2通过结合FL从而抑制FL促根尖分生区细胞分裂，进而抑制主根伸长。蓝光下CRY2形成多聚体不能再与FL结合，FL功能被释放从而促进主根伸长。

　　该研究首次系统地回答拟南芥蓝光受体CRY2在未接收蓝光光子的非光激发态是否具有功能活性的问题，揭示了CRYs不仅具有被蓝光信号“打开”的“蓝光依赖”的功能活性，还具有被蓝光信号“关闭”的“黑暗依赖”的功能活性。该发现为光信号领域开辟了“光受体在黑暗中的功能”这一全新研究方向，有助于人们更立体、更宏观地理解光信号对于植物生长发育的调控，为利用光受体改善农作物形态，调控农作物生长发育，奠定理论基础。