5月11日，Nat Struct & MolBiol在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員張鵬研究組和研究員劉宏濤研究組的合作研究成果。研究工作報(bào)道了玉米和擬南芥藍(lán)光受體CRY蛋白PHR結(jié)構(gòu)域處于激活狀態(tài)的寡聚體三維結(jié)構(gòu)，揭示了植物藍(lán)光受體CRY光激活的分子機(jī)制。

　　隱花色素CRY是一類(lèi)進(jìn)化上保守的黃素蛋白，具有多種生物學(xué)功能。在動(dòng)物體內(nèi)，CRY起著調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的功能。在植物體內(nèi)，CRY調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)方面，包括下胚軸的伸長(zhǎng)和開(kāi)花起始。CRY蛋白由進(jìn)化上保守的N端光裂解酶同源PHR結(jié)構(gòu)域和長(zhǎng)度可變的C端CCT結(jié)構(gòu)域組成。PHR結(jié)構(gòu)域結(jié)合發(fā)色團(tuán)FAD，吸收藍(lán)光而被活化，進(jìn)而發(fā)生與下游蛋白的互作，傳遞光信號(hào)。然而，植物CRY蛋白如何被藍(lán)光激活，并最終促成與下游蛋白互作這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題一直懸而未解。

　　科研人員利用昆蟲(chóng)細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)重組表達(dá)了植物來(lái)源的多種CRY蛋白，體外重構(gòu)了植物CRY蛋白的光活化過(guò)程，接著采用單顆粒冷凍電鏡和X射線晶體學(xué)方法，解析了擬南芥生理狀態(tài)組成激活型突變體AtCRY2W374A蛋白和玉米ZmCRY1cW368A（及ZmCRY1a）蛋白N端PHR結(jié)構(gòu)域的二聚體和四聚體結(jié)構(gòu)（CRY—PHR）。基于結(jié)構(gòu)上的發(fā)現(xiàn)，研究人員開(kāi)展了體外生化分析與體內(nèi)生理實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了同源二聚體是植物CRY的活性形式，四聚體則是由二聚體進(jìn)一步二聚化形成。研究人員通過(guò)將獲得的激活態(tài)CRY—PHR結(jié)構(gòu)與之前報(bào)道的非激活態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，闡釋了CRY激活過(guò)程構(gòu)象變化。

　　最后，研究人員總結(jié)提出了植物光受體CRY介導(dǎo)的光信號(hào)傳遞主要包括藍(lán)光誘導(dǎo)光還原、構(gòu)象變化形成活性二聚體、結(jié)合下游蛋白傳遞光信號(hào)三個(gè)分子過(guò)程。任何影響上述3個(gè)過(guò)程的突變，或者調(diào)控蛋白都會(huì)影響植物光信號(hào)的傳遞過(guò)程。

　　值得注意的是，基于序列的比對(duì)結(jié)果顯示這一機(jī)制很可能僅在植物中廣泛存在。

　　該項(xiàng)研究不僅揭示了植物光受體CRY光激活的分子機(jī)制，而且為CRY作為光遺傳學(xué)領(lǐng)域光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用奠定了重要分子基礎(chǔ)。

　　該項(xiàng)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院分子植物先導(dǎo)B項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委等的共同資助。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41594-020-0420-x