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一种叫做光敏色素B的蛋白质可以感知光和温度，刺激植物生长并控制开花时间。目前还不能完全理解植物是如何做到这一点的。
由加州大学河滨分校植物学和植物科学教授Meng Chen带领的一组细胞生物学家揭示了光敏色素B分子在温度激活下具有意想不到的动力学行为，并且根据温度和光线类型表现出不同的行为。论文发表在《Nature Communications》杂志上。
随着气候变化使全球变暖，农作物的生长模式和开花时间将会改变。更好地理解光敏色素如何调节植物生长的季节节律，将有助于科学家在地球的新气候下培育出最适宜生长的作物，甚至可能有助于研究动物的癌症。
光敏色素在活性和非活性形式之间切换，就像一个由光和温度控制的二元开关。在直射阳光下，如在开阔地，光敏色素开关“打开” ，吸收远红光。这种活跃的形式会抑制茎的伸长，从而限制了植物在阳光直射下能长多高。
在阴影中光敏色素不那么活跃，吸收红色。这种“关闭”形式解除了对茎生长的抑制，因此在阴凉处的植物为了其他植物竞争更多的阳光，长得更高。
在细胞内，光会使光敏色素在细胞核内聚合成被称为“光体”的单位。当光敏色素B关闭时，它位于细胞核外。当“打开”时，它会进入细胞核，改变基因的表达和生长模式。
光线的变化改变了所有聚合体的大小和数量。Chen的研究小组现在已经表明，温度改变了个别聚合体。
他的团队研究了拟南芥的叶子和茎在不同温度和光照条件下的细胞行为，拟南芥是植物研究的模式植物。他们的目标是监测光体是如何随温度变化的。
目前的理解是光敏色素只在“开启”状态下形成光体。
陈和他在加州大学河滨分校的研究小组成员Joseph Hahm, keurwa Kim，以及Yongjian Qiu预计，提高温度会产生类似于阴影的效果——它会“关闭”光敏色素。他们认为光体会消失，就像在阴凉处一样。
结果完全出乎意料。
研究小组发现，温度升高并不会导致所有的光体立刻消失。相反，特定的光体在特定的温度范围内消失。随着温度的升高，光体的数量会逐渐减少，因为它们会选择性地消失。
树荫下的树叶
“我们发现，即使在温暖的温度下，也有一小部分热稳定性光体可以持续存在，”陈说。“在温度降低的每一阶段，其余的聚合体都会消失。以前我们认为所有的聚合体都是一样的，但现在我们知道它们都是不同的。”
使它们有选择地消失的机制必须与使它们在阴影中消失的机制不同。这表明单个光体可能是特定温度范围内的传感器。
这项研究还表明，光敏色素B在分子的两个不同位置对温度产生反应。 第一部分感知温度，第二部分形成聚合体。由第二个位置形成的聚合体对温度不敏感。这表明光和温度是由分子的同一部分感知的，但导致了不同的行为。
“光体是巨大的、动态的蛋白质复合体。 我们的研究结果表明，它们中的每一种都可能有不同的成分。”。Chen说 “我们认为，单个光体的独特组成使它们对温度的反应不同。 未来对每个光体独特特征的研究将可能揭示温度传感的潜在机制以及温度响应基因在植物中的表达调控。”
除了帮助培育在全球变暖中茁壮成长的植物，这项工作还可以帮助科学家更多地了解动物的癌症。动物细胞中的蛋白质也以某种方式形成与癌症相关的病灶，但它们在基因表达和调控中的作用尚不清楚。
文献来源:
Joseph Hahm et al, Increasing ambient temperature progressively disassemble Arabidopsis phytochrome B from individual photobodies with distinct thermostabilities, Nature Communications (2020).
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15526-z
新闻报道来源：
https://phys.org/news/2020-04-temperature-mechanism.html
作者：Holly Ober, University of California - Riverside
译文校稿：LuLu
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