光受体的研究进展

光是植物生活中最重要的环境因子之一,它不仅给植物提供辐射能,而且可作为信号调节植物生命周期中的各种生理过程。植物的光周期反应主要是通过光受体接收或传递光信号来完成。介绍了植物光周期和几种光受体红光或远红光受体光敏色素、蓝光受体隐花色素、向光素、紫外光受体UV-B的研究进展。     

植物避荫反应信号转导途径研究进展

植物避荫反应是指细胞内各种形式的光信号受体相互作用,在感受到植物被遮荫后引起茎秆伸长的反应.首先介绍了树冠遮荫造成的光环境及其光信号受体,红光(680 nm)/远红光(730 nm)量子比率R:FR,是植物避荫反应中重要的信号分子;植物避荫反应的光受体有光敏色素、隐花色素、向光素和UVR8蛋白,介绍了它们在光信号感受中的不同作用目标和生物功能;重点讨论了光敏色素相互作用因子(Phytochrome Interacting Factors,PIFs)和光敏色素、植物激素的相互作用及其调控植物避荫反应的分子机制;并介绍组成型光形态建成1 (constitutive photomorphogenesis 1,COP1)蛋白在避荫反应调控中的作用;最后对夜晚和光斑环境下的植物避荫反应调控机制作了简要概述.     

植物光受体的结构域与光化学特性研究进展

目前,植物光受体的生理功能和信号转导等已有较多报道。主要介绍了根据结构域划分的6种植物光受体:光氧电位势传感蛋白、视黄质、光敏色素、核黄素蓝光受体、隐花色素和视紫红质在其结构特点和光化学活性方面的最新研究进展,并对其后续发展进行了展望。     

拟南芥隐花色素在脱落酸调节种子萌发中的功能

隐花色素(Cryptochrome,CRY)在植物中介导蓝光信号传导,调节生长发育的多种过程。脱落酸(Abscisic acid,ABA)在种子萌发和幼苗发育中发挥重要作用。研究发现一些高等植物的CRY调节逆境中种子的萌发,但关于拟南芥CRY1在这一过程中发挥的作用及其机制尚不清楚。试验对拟南芥隐花色素CRY1功能缺失突变体和CRY1CRY2功能缺失双突变体种子萌发对脱落酸的响应进行了研究,利用荧光定量PCR技术检测脱落酸信号传导基因和代谢关键酶基因在cry1突变体中表达量的变化,结果显示CRY1负向调节脱落酸抑制的种子萌发,而且CRY1和CRY2在这一过程中发挥相反的作用。     

光与IAA和NAA对拟南芥下胚轴伸长的影响

利用拟南芥（Arabidopsis thaliana）野生型（WT）及其光受体缺失突变体研究了光与IAA（吲哚乙酸）和NAA（α-萘乙酸）对拟南芥下胚轴伸长的影响。结果表明。白光及IAA和NAA都能独立抑制野生型拟南芥（Arabidopsis thaliana）幼苗下胚轴伸长。白光下。1μmol／L和10μmol／L的IAA对WT下胚轴伸长的抑制率显著大于黑暗下，但100μmol／L的1AA对WT下胚轴伸长的抑制率却显著小于黑暗；白光下和黑暗下1μmol／L的NAA对WT下胚轴伸长的抑制率无显著差异。白光下10μmol／L和100μmol／L的NAA对WT下胚轴伸长的抑制率显著小于黑暗；利用不同的光受体缺失突变体研究光受体的作用表明，隐花色素1、光敏色素A和光敏色素B参与调节了光对下胚轴的抑制作用。     

利用修饰光敏色素信号途径进行作物改良的可行性

介绍了模式植物拟南芥中受光敏色素调控的光形态建成机制;综述了有关禾本科植物光敏色素信号途径及其突变体与产量性状关系的相关研究进展。指出：对小麦、玉米等作物光敏色素过表达和/或功能缺失突变体的株高、开花期、避荫性反应和产量等变异进行系统研究,对其产量性状突变体进行遗传学、生物化学和分子机制进行解析,有望探索出通过修饰作物的光信号途径改良农作物的新策略。     

番茄cry1基因果实特异性植物表达-载体的构建及其转化番茄的研究

隐花色素(cryptochrome)是一类对UV-A/蓝光作出应答的光受体.果实特异性植物表达载体是用在番茄果实中特异表达的Lefsm1基因的启动子(fsp)替换质粒pBI121原有的35S启动子构建而成(称为pBI121 fsp).将番茄隐花色素家族成员之一cryptochrome1中465 bp特异片段导入到植物栽体pBI121 fsp构建成果实特异性表达的RNAi植物表达载体(pBlI21fsp-cryI),通过根癌农杆菌介导转入番茄子叶,经组织培养成功获得转基因植株.为后续对CRY1与番茄果实中抗氧化剂番茄红素之间的关系研究提供了材料.     

光敏色素基因与作物改良利用

基因克隆、基因功能研究、作物转基因以及遗传育种的有效结合,对棉花等作物新品种的选育具有推动作用。在作物改良利用的基因中,光敏色素基因是一类重要的光信号传递基因,是主要的红光和远红光的光信号受体,与植物的整个生长发育过程紧密相关。详述了近年来光敏色素基因的功能、结构等方面的研究进展,对深刻研究了解植物光信号转导途径所调控的植物发育具有积极意义。     

光与IAA和NAA对拟南芥下胚轴伸长的影响

利用拟南芥(Arabidopsisthaliana)野生型(WT)及其光受体缺失突变体研究了光与IAA(吲哚乙酸)和NAA(α萘乙酸)对拟南芥下胚轴伸长的影响。结果表明,白光及IAA和NAA都能独立抑制野生型拟南芥(Arabidopsisthaliana)幼苗下胚轴伸长。白光下,1μmol/L和10μmol/L的IAA对WT下胚轴伸长的抑制率显著大于黑暗下,但100μmol/L的IAA对WT下胚轴伸长的抑制率却显著小于黑暗;白光下和黑暗下1μmol/L的NAA对WT下胚轴伸长的抑制率无显著差异,白光下10μmol/L和100μmol/L的NAA对WT下胚轴伸长的抑制率显著小于黑暗;利用不同的光受体缺失突变体研究光受体的作用表明,隐花色素1、光敏色素A和光敏色素B参与调节了光对下胚轴的抑制作用。     

拟南芥光敏色素D(AtphyD)在不同光质下的表达特性分析

【目的】比较拟南芥光敏色素D启动子、基因及其蛋白在黑暗、红光、远红光及蓝光下表达特性。【方法】通过GUS组织染色,半定量RT-PCR及蛋白Western blot检测启动子、基因及其蛋白的表达。【结果】GUS染色显示:子叶中,PHYD基因启动子活性在红光下高于蓝光,且均高于远红光条件;下胚轴中启动子的活性在蓝光条件下最高,远红光条件有较高丰度表达,红光条件下仅在下胚轴上部检测到活性;在根中,蓝光和远红光下生长的幼苗根的上部可检测到启动子的微弱表达,红光下未见表达。在黑暗中生长的幼苗,光敏色素D基因启动子未发生表达。PHYD基因转录和蛋白表达在光下均高于黑暗条件下,不同光质间的表达差异不显著。【结论】在不同光质中,PHYD基因启动子在不同组织的活性存在显著差异;不同光质之间,PHYD基因转录和蛋白表达差异不显著。     

植物中紫外光及蓝光信号转导的研究进展

以拟南芥为例，简要论述了近年来有关紫外光及蓝光信号转导方面的研究进展，其中，着重从ＣＨＳ基因表达的调节、ＵＶ－Ｂ和ＵＶ－Ａ／蓝光光信号转导途径研究及其相互作用等小方面进行介绍。     

Photoexcited CRY2 interacts with CIB1 to regulate transcription and floral initiation in Arabidopsis

Cryptochromes (CRY) are photolyase-like blue-light receptors that mediate light responses in plants and animals. How plant cryptochromes act in response to blue light is not well understood. We report here the identification and characterization of the Arabidopsis CIB1 (cryptochrome-interacting basic-helix-loop-helix) protein. CIB1 interacts with CRY2 (cryptochrome 2) in a blue light-specific manner in yeast and Arabidopsis cells, and it acts together with additional CIB1-related proteins to promote CRY2-dependent floral initiation. CIB1 binds to G box (CACGTG) in vitro with a higher affinity than its interaction with other E-box elements (CANNTG). However, CIB1 stimulates FT messenger RNA expression, and it interacts with chromatin DNA of the FT gene that possesses various E-box elements except G box. We propose that the blue light-dependent interaction of cryptochrome(s) with CIB1 and CIB1-related proteins represents an early photoreceptor signaling mechanism in plants.     

UV-A诱导大豆芽苗菜下胚轴中花青苷积累的分子机理

【目的】研究长波紫外光（UV-A）、白光（W）和蓝光（B）对大豆芽苗菜下胚轴中花青苷含量、花青苷合成相关酶活性、花青苷合成途径相关基因及光受体基因表达量的影响,以探明UV-A诱导大豆芽苗菜下胚轴中花青苷生物合成的分子机理,为光质调控技术应用于大豆芽苗菜工业化生产提供理论依据。【方法】以大豆‘东农690’为试材,以黑暗培养为对照,连续的UV-A、白光（W）和蓝光（B）光照培养作为试验处理,在处理0 h、12 h、24 h和36 h后各采样一次,分别测定花青苷含量,苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮异构酶（CHI）以及类黄酮半乳糖苷转移酶（UFGT）活性,相关基因（PAL、CHS、CHI、DFR、ANS、UFGT、MYB75、CRY1、CRY2、UVR8）表达量。花青苷含量采用分光光度法测定,苯丙氨酸解氨酶（PAL）及查尔酮异构酶（CHI）活性采用分光光度法测定,类黄酮半乳糖苷转移酶（UFGT）活性采用超高效液相色谱法（UPLC）测定。材料总RNA采用Trizol试剂法提取,基因表达量采用qRT-PCR测定。【结果】黑暗培养下的大豆芽苗菜子叶为黄色,而白光（W）、蓝光（B）和UV-A培养下的大豆芽苗菜子叶为绿色。与黑暗培养及其他光质处理相比,UV-A显著提高大豆芽苗菜下胚轴中花青苷含量;随着处理时间的延长,花青苷积累逐渐增加。0 h处理下,大豆芽苗菜下胚轴中花青苷含量较低,约2 U·g^-1FW。经36 h的UV-A处理,大豆芽苗菜下胚轴中花青苷含量达到最大值（43 U·g^-1FW）,显著高于黑暗及其他光照处理。0 h处理下,PAL和CHI酶活性较高。与黑暗培养及其他光质处理相比,24 h及36 h UV-A处理显著提高了PAL酶活性;12 h及24 h UV-A处理显著提高了UFGT酶活性。0 h处理下,不同处理间的花青苷合成相关基因表达均无差异。与黑暗培养及其他光质处理相比, UV-A处理36 h显著上调了MYB75、CRY1、CRY2及UVR8的表达,分别上调约12倍、30倍、6倍和2倍;UV-A处理12 h显著上调了花青苷合成相关结构基因（PAL、CHS、CHI、DFR、ANS、UFGT）的表达,分别上调约5倍、58倍、10倍、6倍、44倍和47倍。【结论】UV-A通过提高PAL、UFGT酶活性及上调花青苷合成和光受体相关基因的表达,诱导了大豆芽苗菜下胚轴中花青苷的积累。     

拟南芥隐花色素突变体抑制子的筛选及其表型分析

隐花色素（cryptochrome,简称CRY）是与DNA光解酶氨基酸序列高度同源的黄素蛋白,但不具有光解酶活性。拟南芥的隐花色素家族中隐花色素1（CRY1）主要抑制下胚轴伸长,隐花色素2（CRY2）主要调节光周期开花,并且这两个光受体具有部分重叠的功能。cry1cry2双突变体在长日条件下比野生型晚开花。采用激活标签的方法,在cry1cry2双突变体背景下筛选到一个早开花突变体scc17-D (suppressor of cry1cry2#17-Dominant)。TAIL-PCR结果表明,scc17-D突变体的T-DNA插入在第一条染色体上的At1g25440和At1g25450两个基因之间。scc17-D突变体表现出植株矮化、叶片变小、果荚变小和子叶表皮细胞形状发生改变等性状。     

CRYPTOCHROME is a blue-light sensor that regulates neuronal firing rate

Light-responsive neural activity in central brain neurons is generally conveyed through opsin-based signaling from external photoreceptors. Large lateral ventral arousal neurons (lLNvs) in Drosophila melanogaster increase action potential firing within seconds in response to light in the absence of all opsin-based photoreceptors. Light-evoked changes in membrane resting potential occur in about 100 milliseconds. The light response is selective for blue wavelengths corresponding to the spectral sensitivity of CRYPTOCHROME (CRY). cry-null lines are light-unresponsive, but restored CRY expression in the lLNv rescues responsiveness. Furthermore, expression of CRY in neurons that are normally unresponsive to light confers responsiveness. The CRY-mediated light response requires a flavin redox-based mechanism and depends on potassium channel conductance, but is independent of the classical circadian CRY-TIMELESS interaction.     

Direct interaction of Arabidopsis cryptochromes with COP1 in light control development

Arabidopsis seedling photomorphogenesis involves two antagonistically acting components, COP1 and HY5. COP1 specifically targets HY5 for degradation via the 26S proteasome in the dark through their direct physical interaction. Little is known regarding how light signals perceived by photoreceptors are transduced to regulate COP1. Arabidopsis has two related cryptochromes (cry1 and cry2) mediating various blue/ultraviolet-A light responses. Here we show that both photoactivated cryptochromes repress COP1 activity through a direct protein-protein contact and that this direct regulation is primarily responsible for the cryptochrome-mediated blue light regulation of seedling photomorphogenic development and genome expression profile.     

Cryptochromes: blue light receptors for plants and animals

Cryptochromes are blue, ultraviolet-A photoreceptors. They were first characterized for Arabidopsis and are also found in ferns and algae; they appear to be ubiquitous in the plant kingdom. They are flavoproteins similar in sequence to photolyases, their presumptive evolutionary ancestors. Cryptochromes mediate a variety of light responses, including entrainment of circadian rhythms in Arabidopsis, Drosophila, and mammals. Sequence comparison indicates that the plant and animal cryptochrome families have distinct evolutionary histories, with the plant cryptochromes being of ancient evolutionary origin and the animal cryptochromes having evolved relatively recently. This process of repeated evolution may have coincided with the origin in animals of a modified circadian clock based on the PERIOD, TIMELESS, CLOCK, and CYCLE proteins.