绿色植物不仅将光作为一种能源，还作为一种重要的环境信号，调控自身的生长状态以应对环境的改变。为此，植物发育出一套复杂而精细的感受器来识别不同波段和强度的光信号。向光素 ( phototropin, phot) 便是其中一类重要的UV-A/蓝光受体。拟南芥中向光素家族有两名成员：phot1和phot2，它们在细胞膜上感受到蓝光后，通过自身聚合和磷酸化来起始信号传递。然而，对于向光素的时空动态变化，尤其是聚合状态的变化规律，以及与磷酸化和膜微区的关系则知之甚少，主要原因是这些时空变化发生在微秒和纳米尺度上，运用常规的分析技术得到的是众多蛋白的平均结果，无法揭示这些受体蛋白的本质特征。
近日，中国科学院植物研究所、江南的注册网址教授林金星研究组在Cell出版社旗下植物科学领域国际知名学术期刊 Molecular Plant 杂志在线发表了题为“Arabidopsis Blue Light Receptor Phototropin 1 Undergoes Blue Light-induced Activation in Membrane Microdomains”的研究论文。本文研究了蓝光对细胞质膜上的向光素的定位变化、动态性质及其中的调控机制，发现细胞质膜微区作为重要的信号平台参与向光素phot1被蓝光激活后发生的早期事件。
该研究成果应用可变角度的全内反射荧光显微镜 ( Variable-angle total internal reflection fluorescence microscopy, VA-TIRFM) ，结合单颗粒追踪分析技术( Single particle tracking, SPT) ，在单分子水平上对拟南芥细胞质膜向光素phot1进行了活体动态分析，揭示了蓝光对细胞质膜上的向光素受体进行调控的机制。通过检测phot1在细胞质膜上的动力学参数和寡聚化状态，发现phot1-GFP在细胞膜上呈高度动态和不均一分布，主要以单聚体和二聚体的形式存在。在蓝光剂量逐渐增加的情况下，phot1-GFP的侧向扩散增加，并且二聚化程度相应地增强，暗示蓝光以剂量依赖的模式对phot1-GFP的动态行为进行调控。随后，应用phot1激酶活性缺失突变体phot1D806N-GFP发现，蓝光不能诱导phot1D806N-GFP的运动加快，但是二聚化程度依然会增强，表明phot1的磷酸化过程发生在二聚化之后。此外，通过荧光共振能量转移结合荧光寿命成像显微术 ( Fluorescence resonance energy transfer with fluorescence-lifetime imaging microscopy, FRET-FLIM) ，发现phot1与膜微区定位的AtRem1.3蛋白存在蓝光剂量依赖的相互作用，并且破坏膜微区影响了phot1的动态行为、聚合及磷酸化状态。这些结果说明膜微区为phot1介导的蓝光信号传递提供了重要平台。
图：phot1与膜微区定位蛋白AtRem1.3在细胞质膜上的共定位及相互作用分析
综上所述，在暗培养状态下，未激活的phot1主要以单体形式存在于细胞质膜上，部分定位于AtRem1.3标记的膜微区中。蓝光照射后，phot1会形成二聚体，进而发生磷酸化，增强与AtRem1.3的相互作用，同时促使phot1在细胞质膜上的扩散加快。该研究结果从单分子水平上分析了phot1蛋白的分布、运动状态以及响应受体蓝光的变化规律，揭示了蓝光信号传递的起始事件及其调控机制。
图：蓝光诱导拟南芥phot1在膜微区中激活过程的模式图
林金星教授为论文的通讯作者，博士毕业生薛轶群、博士生邢晶晶以及万迎朗教授为该论文的共同第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金重点项目和北京林木分子设计育种高精尖创新中心的资助。
林金星，教授，博士生导师，“国家杰出青年基金”获得者，中国科学院“百人计划”入选者。现任江南的注册网址生物学院院长、中国电子显微学会副理事长、北京植物学会理事长， 2012年获得“钱临照奖”。迄今，在 Annual Review of Plant Biology, Trends in Plant Science, PNAS, Nature Protocols, Molecular Plant, Plant Cell, New Phytologist, Development 等杂志发表论文40余篇。
联系我们
版权所有江南的注册网址林木分子育种高精尖创新中心COPYRIGHT ? 2018 ALL RIGHTS RESERVED
电话：62336109邮箱BAIC_TBMD@bjfu.edu.cn地址：北京市海淀区清华东路35号