阳光来袭：植物的细胞传感器如何寻找光明

阳光来袭：植物的细胞传感器如何寻找光明

萨尔克研究发现的新通路可能对农业大有裨益

拉霍亚—尽管看起来被动，但植物之间会为了争夺阳光和养分而展开“战争”。如果一棵植物被另一棵遮蔽，它就会因此无法获得生存所需的关键阳光。.

为了逃避这种致命的阴影，植物拥有能警报的感光器，当受到其他植物阴影威胁时，它们会触发内部警报。它们的感应器能够检测到红光和蓝光的耗竭（植物吸收的波长），从而区分附近具有侵略性的植物和过境的云。.

索尔克研究所的科学家们发现了一种植物评估阴影质量以克服其威胁性邻居的方法，这一发现可能有助于提高农作物的生产力。这项于2015年12月24日发表的新研究 细胞, 显示了植物中的分子传感器检测到的蓝光的耗竭如何触发加速生长以克服竞争性植物。.

“有了这些知识和 像这样的发现, ，也许你最终可以教会一株植物忽略它身处阴影的事实，并且仍然长出大量的生物质，” 乔安·乔里, ，高级作者，索尔克植物分子与细胞生物学研究所所长。.

Ullas V. Pedmale 和 Joanne Chory

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图片：由萨克生物研究所提供

这部新作品颠覆了该领域先前持有的观念。人们已知植物会通过激活一种名为生长素的植物激素来应对红光减弱的情况，以超越周围的植物。然而，研究人员首次证明，避荫可以通过一种完全不同的机制发生：细胞传感器隐花色素不是改变生长素的水平，而是通过开启促进细胞生长的基因来响应蓝光减弱。.

这一发现可以帮助研究人员学习如何修改植物基因以优化生长，例如，促使大豆或番茄作物（以出了名地娇嫩而闻名）在拥挤、阴暗的田地里也能更具侵略性地生长并获得更高的产量。.

该团队研究的重点是隐色素，一种对蓝光敏感的传感器，负责告诉植物何时生长和何时开花。隐色素最初在植物中被发现，后来在动物中也被发现，在这两种生物中，它都与昼夜节律（生物钟）有关。该蛋白质感知蓝光耗竭的作用已经为人所知，但这项研究是首次揭示隐色素如何在遮蔽环境中促进生长。.

该团队放置了正常和突变体 拟南芥 在蓝光受限的光控室内进行植物实验。突变体植株要么缺乏隐色质，要么缺乏PIF转录因子，PIF是一类结合DNA来控制基因开启或关闭的蛋白质。PIFs通常与称为光敏素的红光感受器直接接触，以启动避荫生长。研究人员通过监测茎的生长速率以及隐色质、PIF和染色体之间的接触情况，比较了突变体和正常植物在不同蓝光条件下的反应。.

“我们发现隐色氨酸蛋白在 DNA 上与这些转录因子接触，激活与其它感光体激活的基因完全不同的基因，”该研究的第一作者、Salk 研究员 Ullas Pedmale 说。“这也是一条非常短的通路，因此植物能够对其光照环境做出快速响应。”

这项工作的下一步是了解如何控制生长反应。“最终，我们可以通过改变植物出叶的方式、叶片生长的速度以及叶片相对于彼此和茎的角度，来帮助农民种植非常密集的作物。这将有助于在未来几代作物中提高产量，”Chory 表示，她同时也是霍华德·休斯医学研究所的研究员，并担任霍华德·H·和玛丽亚姆·R·纽曼植物生物学讲席教授。.

“遮荫逃避和植物对温度升高的反应看起来相似，事实上它们共享许多共同的分子成分，”Pedmale 补充道。“因此，研究遮荫逃避不仅能提高遮荫环境下的产量，还可能解释如何在气候变暖的情况下提高产量。”

该论文的其他作者包括：来自萨克研究所的肖珊·卡罗尔·黄、马克·赞德、本杰明·科尔、乔纳森·赫策尔、佩德罗·雷斯、仁井和正、约瑟夫·内里和约瑟夫·埃克尔；瑞典农业大学联盟植物科学中心的卡林·隆德；以及加州大学圣地亚哥分校的普里亚·斯里德维。.

这项工作得到了...的支持 美国国立卫生研究院, 罗斯希尔斯基金会, ， 那个 H.A.和Mary K. Chapman慈善信托, 能源部, ， 那个 美国国家科学基金会, ， 那个 戈登和贝蒂·摩尔基金会 和 霍华德·休斯医学研究所.