然后就有了光

光提供了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,并根据每日和季节的节奏来同步它们的生命周期。

例如,植物的光感受器路径允许他们确定种子在土壤中的深度,“测量”日光时间的减少,改变植物的发育,为夏季的开始或冬季的开始做准备。

Richard D. Vierstra Vierstra

位于圣路易斯的华盛顿大学的一项新研究提供了一种被称为光敏色素的蛋白质是如何感知光线并对植物生长产生影响的。这篇论文发表在本周的《美国国家科学院院刊》上。

“Phytochromes感光细胞中是独一无二的,因为他们存在于两个稳定又可互换的状态:一个不活动的形式,是在黑暗中合成,另一个需要光激活,” Richard d . Vierstra说乔治和夏尔曼Mallinckrodt生物学教授艺术和科学。

“通过测量这两种形式来回翻转时的比例,光敏色素可以感知光强度、持续时间、光色甚至白昼长度。尽管对感光器进行了60年的研究,这些黑暗和光明的形式如何不同仍然是个谜

维耶斯特拉和他的合作者克服了一个主要的障碍,在定义支持适应光和暗状态之间转换的事件序列方面。

他们发现并表征了一种晶体形式的光感受器PixJ从蓝藻热丝裂球菌
2一个允许可逆的光转换之间的活跃和不活跃的形式。值得注意的是,这些晶体在光转换过程中保持了它们的完整性。塞丝·伯吉,艺术生物学研究科学家科学和第一作者的论文,能够收集高分辨率的x射线衍射数据,以确定中间体的反应途径,使用一个复杂的技术称为x射线晶体学。

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,因为它最初通过其不活跃的光感受器吸收光,直到它获得完全成熟的活跃状态
2,这个过程在一毫秒内完成。

在一项初步测试中,Vierstra组能够看到光感受器的第一次抽搐,这是它的发色团捕捉光激活后旋转的光能的一部分。

“换句话说,现在应该有可能制作出原子分辨率的分子电影,描绘出光感受器的结构转变,”Burgie说。“我们现在正处在定义植物色素在生物不活跃和活跃状态之间变化的内部事件和物理变化序列的关键时刻,这将最终帮助研究人员修补植物以提高其农业产量和可持续性。”

了解光转换循环的结构基础是开发转基因光敏色素的重要一步,它赋予作物植物有益的光敏特性。

此外,由于光敏色素同时感知光和温度,改变光敏色素的功能对于使作物更好地适应特定环境具有巨大的潜力,并可能有助于扩大这些作物的种植范围,” Vierstra说。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://source.wustl.edu/2019/12/and-then-there-was-light/

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