5月11日，Nat Struct & MolBiol在線發(fā)表了中國科學(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光激活的分子機制。
　　隱花色素CRY是一類進化上保守的黃素蛋白，具有多種生物學(xué)功能。在動物體內(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)植物生長發(fā)育的多個方面，包括下胚軸的伸長和開花起始。CRY蛋白由進化上保守的N端光裂解酶同源PHR結(jié)構(gòu)域和長度可變的C端CCT結(jié)構(gòu)域組成。PHR結(jié)構(gòu)域結(jié)合發(fā)色團FAD，吸收藍(lán)光而被活化，進而發(fā)生與下游蛋白的互作，傳遞光信號。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)問題一直懸而未解。
　　科研人員利用昆蟲細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)重組表達(dá)了植物來源的多種CRY蛋白，體外重構(gòu)了植物CRY蛋白的光活化過程，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)，研究人員開展了體外生化分析與體內(nèi)生理實驗，證實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一步二聚化形成。研究人員通過將獲得的激活態(tài)CRY—PHR結(jié)構(gòu)與之前報道的非激活態(tài)結(jié)構(gòu)進行比較，闡釋了CRY激活過程構(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三個分子過程。任何影響上述3個過程的突變，或者調(diào)控蛋白都會影響植物光信號的傳遞過程。
　　值得注意的是，基于序列的比對結(jié)果顯示這一機制很可能僅在植物中廣泛存在。
　　該項研究不僅揭示了植物光受體CRY光激活的分子機制，而且為CRY作為光遺傳學(xué)領(lǐng)域光控開關(guān)的設(shè)計與應(yīng)用奠定了重要分子基礎(chǔ)。
　　該項工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中科院分子植物先導(dǎo)B項目、國家自然科學(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