光受体及光信号转导

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1、植物学通报2004,21(2):235~246ChineseBulletinofBotany光受体及光信号转导①闫海芳周波李玉花（东北林业大学花卉生物工程研究所哈尔滨150040）摘要植物在进化过程中形成了对环境信号反应的能力，光是植物生长发育中的一个重要的环境信号。植物为了更好地生长和发育形成了精密的光信号接收和转导系统。本文介绍近年来光信号接收即光受体和光信号的转导研究进展。关键词光，光受体，光信号转导PhotoreceptorsandLightSignalTransductionYANHai-FangZHOUBoLIYu-Hua(Institut

2、eofFlowerBiotechnology,NortheastForestryUniversity,Harbin150040)AbstractPlantshaveevolvedthecapacitytorespondtowiderangeofenvironmentalsignals,oneofthemostimportantofwhichislight.Plantsformedaprecisesystemofreceptionandtransductionoflightsignalinordertogrowanddevelopoptimally.Re

3、centadvancesinlightreceptors,elementsinvolvedinlightsignaltransductionwereintroducedinthispaper.KeywordsLight,Photoreceptor,Lightsignaltransduction光是自然界中影响植物生长发育的最重要的环境因素之一。在高等植物的光形态建成过程中具有极其精细的光接收（reception）和信号转导（transduction）系统。植物通过光合作用将光能转化成化学能储存起来，光还能以信息的形式作用于植物并调节植物的分化、生长、发

4、育，使其更好地适应外界环境。这种调节通过生物膜系统结构、透性的变化和/或基因表达的变化促成细胞的分化及结构和功能的改变，最终汇集成组织和器官的建成，这就是光形态建成（photomorphogenesis），亦即光控发育光信号转导的过程。相应的在黑暗下形成的则是暗形态建成（skotomorphogenesis）。本文拟从光受体和光信号转导两方面论述近年来光控植物发育信号转导的研究进展。1光受体目前已知的至少有三类接收光信号的光受体，即红光和远红光的受体——光敏色素（phytochrome）、蓝光受体（bluelightreceptor）和紫外光受体（UV

5、-receptor）(Staubet①国家自然科学基金面上项目（30170785）及主任基金项目（30040042）资助。作者简介：闫海芳，女，2000级硕士研究生，从事花卉分子遗传学研究。李玉花，女，教授。博士生导师，在日本东京大学留学6年，2000年归国后组建了花卉生物工程研究所，主要研究方向:1.花卉遗传育种，2.生物物理方法在植物育种上的应用，3.非依光型花青素合成机理的研究。主持了“948”项目1项，“863”项目1项，国家自然科学基金项目1项。已经发表研究论文22篇，入SCI刊物论文6篇。收稿日期：2002-11-25接受日期：2003-0

6、3-06责任编辑：崔郁英2004闫海芳等：光信号转导研究进展237高，如N端2/3处生色团结合部位，它决定光敏色素的光谱特性。phyA的C端（650～750）氨基酸残基区域也具有较高的保守性，与光敏色素二聚体形成有关。值得注意的是，phyA的最N端和C端对其生物活性至关重要，而5种光敏色素蛋白的这两个区域保守性却很低（Clack，1994）。光敏色素N端区域含有分子自动装配，光的精确感受及Pr/Pfr可逆转换过程所必需的足够信息。通过对拟南芥phyA、phyB的N端区域交换进行转基因研究表明，phyA、phyB感受红光（R）和远红光（FR）的决定区域位

7、于N端，缺失实验表明phyAN端52个残基对于远红光（FR）的特异感受是必需的（Wagneretal.，1996a）。C端区域似乎携带着完成光敏色素调节所必需的决定因子，然而单独N-端区域也没有正常phyA和phyB的生物调节活性（Quailetal.，1995）。1.2蓝光和紫外光受体植物的生长发育过程除受光敏色素接受的红光和远红光调节外，还受蓝光和紫外光调节。紫外光又可分为UV-A（320～390nm）、UV-B（280～320nm）和UV-C（小于280nm）。目前研究认为UV-A和蓝光可能为同一光受体所接收，即蓝光/UV-A受体，又称隐花色素（

8、cryptochrome）。隐花色素调控植物伸长生长，开花时间以及生物体的生理节奏(Jaril