生物学通报
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植物的光受体及其调控机制的研究U
刘
明
!
赵琦!!
北京
王小菁
赵玉锦
北京
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童哲
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&!首都师范大学生命科学学院!
!
广东广州$!
*中国科学院植物研究所
摘要近年来!通过对植物的分子遗传学研究$在植物光受体及其在光形态建成中对植物生长发育的
调控机制方面取得了显著进展
关键词光受体蓝光受体基因表达信号转导
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对光与植物关系的认识不再局限于光合作用的能量供应&而是把光看作!个信号&由它去激发植物体内的光受体&并通过一定的信号传递!放大过程&从基因!蛋白质到细胞代谢都发生变化
发现了一种新的光受体BCD*&-./012.3145*’
的$KK个氨基酸与光敏色素相似&具有红光O远红光的逆转性&在藻蓝素结合区的下游又表现出与向光素相似的特性
!#!-./:-./:促进开花
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一些进展
植物体内至少存在*种不同的光受体系统$!+光敏色素,-./012.3145+%感受红光和远红光区域的光6#+隐花色素&23/-012.3145’%又称789:)蓝光受体%感受蓝光和近紫外光区域的光6*+789;光受体%又称紫外线;类受体%感受紫外线;区域的光
,789=
光敏色素&BCD’有两种存在形式$即红光&!4HIJKK
及线型四吡咯生色团共价结合而成
U基金项目$国家自然科学基金资助项目&*
-./:4GN:水平下降
制!叶色变深!顶端优势减弱和叶片延缓衰老等
!#$-./;-./;抑制开花启动
-./;突变体在RE下提早开花
会导致下胚轴异常伸长
!#%-./E-./E与-./;相同%均可抑制开花
9445年第;4卷第5期生物学通报HH
基因突变体开花早!
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能!结果发现MJK9明显参与了光周期反应7MJK9促进开花7G/#9超表达的转基因植物在&(下开花较早7在](下开花较晚!因此7G/#9突变或超表达均能导致对光周期的敏感性减弱!由于蓝光促进开花7因而认为蓝光受体基因G/#9突变后表现为蓝光下延迟开花!但是7在连续蓝光或红光下的G/#9突变体%其开花时间与野生型相同!因此得知7MJK9的促进开花功能不仅依赖于蓝光7也依赖于红光N9P!蓝光受体MJK9由^_@基因编码%它在](下促进开花!
&(下!
以拟南芥为例)已得到确认的受体至少有隐花色素和向光蛋白
气孔的开放及不同基因的表达等!隐花色素的吸收峰位大多在蓝光区!蓝光下只有少量活化的光敏色素)蓝光下隐花色素起作用!有关特异吸收紫外光和蓝光的其他光受体尚不明确!
隐花色素是类光解酶
$
突变体1!
%
光受体协同作用调控开花
植物开花的光周期调控由光敏色素和隐花色素参
与完成e叶片的光敏色素和G/#9直接感受光周期信号e诱导开花!遗传学研究表明光敏色素和IJK9具有相反的花启动效应!因而eIJK9在调节开花中似乎需要红光与蓝光同时存在%这暗示红光活化的IJK9非常短命或者红光不直接为IJK9的活性所需要!研究发现隐花色素可能在红光下由光敏色素磷酸化变成高度活化状态!发生IJK9突变的晚开花表型仅在蓝光和红光并存时才表现e即蓝光受体IJK9的功能发挥需要有红光参与!如下图所示所述的双负模式那样eIJK9通过抑制
$
实验证明由
拟南芥下胚轴的伸长和调节相关基因的表达!蓝光对
!
介导的红光抑制花启动而促进开花!
拟南芥调节花启动中光受体的相关功能
有迹象表明e花启动中!
!
因突变体的一样早!这些观察说明&’()可能抑制&’(*的功能!类似于+,(
&’(*拮抗作用外
根据不同反应的光生物学特征
突变体显型多态性缺失PLFU信号转导体也表明其在控制植物发育过程中的多重作用%
国外的研究小组在研究玉米幼苗向光性的过程中还发现了SF;!)151&’5454,5&0+’(&5+54(!!$蛋白
PLF!是光控发育的抑制因子
P;W基因表达受蓝光和紫外光的调节-已经越来越受到人们的关注-可以作为研究蓝光和紫外光信号转导的良好系统%P;W)苯基苯乙烯酮合酶
++类黄酮:76$是植物合成的一类次生代谢产物+
)@>:D515027$生物合成过程中的一个关键酶)王小菁
参考文献
!
邵宏波^高等植物开花时程的调控与光受体^生命科学研究
4051,67&51768和高辐照反应#’09’0,,:20:1+6,67&5176
光敏色素是一种调节植物光反应的色素蛋白复合体!不同光敏色素分子具有特异的感光性!F;G)参与&极低辐照反应’和远红光&高辐照反应’H而F;G*则参与&低辐照反应’及红光&高辐照反应’%F;G)和F;G*在光周期感应中起作用%光敏色素F;G)调节的反应为
B=I;
磷酸肌醇(钙离子和钙调素是光敏色素信号传递链中的组分-而光敏色素定位于胞质
PLF!的信号传导%;G$是一个重要的转录因子
于蛋白质水解的降解过程
雍伟东
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W+’@6,J^-*5?>6,;^^F’(45+’,5]6I]620:462&’545&6,+6&4051:1270
范玉琴等^植物的蓝光受体及其信号转导^激光生物学报-
PLFU和
参与选择性底物蛋白的降解
/!_8.%_!%+_
王小菁^隐花色素与PLF!在拟南芥光控发育中相互作用的直接证据^植物学通报
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