蓝光受体
对蓝光的反应在高等植物、藻类、蕨类、真菌、原核生物中报道。除了向光性,还有阴离子吸收(藻类)、下胚轴(茎)伸长抑制、叶绿素/类胡萝卜素合成、基因表达、呼吸作用增强。
单细胞游动生物中蓝光介趋光性。蓝光也刺激细菌的感染,如Brucella abortus。
蓝光反应有独特的动力学和延滞期
茎伸长抑制和气孔开放两个现象中可见蓝光反应的时间特性:
- 最大反应和蓝光刺激之间有一个显著的延滞期
- 在光照结束后仍有一段时间的持续反应
相比于大多数光形态建成变化,蓝光反应算快的;然而相比与典型的光合反应,蓝光反应开始地慢,结束的也慢。
- 例如,黄化黄瓜幼苗中,在长达25秒后,蓝光介导的生长速率的下降和去极化才发生。
- 蓝光脉冲介导的保卫细胞H+ATPase激活需要几分钟才开始衰减。
隐花色素
隐花色素介导的蓝光反应包括下胚轴延长抑制,子叶扩展,去极化,叶柄伸长抑制,花青素合成,昼夜节律调控。
隐花色素负责长期的下胚轴抑制,而相关苏介导快速的下胚轴抑制。
拟南芥有三种隐花色素CRY123,明显是光裂解酶的同源物,却没有光裂解酶活性。
FAD导致了CRY构象变化
CRY的生色团是5,10亚甲基四氢叶酸和FAD。
推测四氢叶酸吸收光能并传递给FAD,尽管关键的证据仍缺失。但已经肯定的是,FAD的变化是CRY发生变化的主要因素。
静息状态下FAD处于氧化状态。蓝光照射导致变为半还原的FADH·(自由基状态),使CRY处于激活状态。无蓝光时,FADH·→FAD。
绿光可以抑制CRY的激活,据推测是通过拮抗FADH·的形成。
隐花色素N端光裂解酶结构域(PHR)调控C端延伸结构域(CTE)的构象,CTE是参与信号转导的组分,在光裂解酶中不存在。
犹如光敏色素,PHR介导的CRY二聚化,可能对信号转导是必要的。隐花色素同源二聚能调节光敏感度(通过调节活性/失活的CRY比例),由隐花色素蓝光抑制剂BICs介导,他们可以通过抑制CRY二聚化来抑制CRY光激活。
CRY1和CRY2有不同的发育效应
烟草、拟南芥的CRY1过表达导致更强的蓝光下胚轴抑制、花青素合成,CRY2过表达只导致轻微的下胚轴抑制,但导致强大的蓝光子叶扩展。
CRY2在蓝光下被降解,而CRY1保持稳定。
CRY1,和CRY2(程度较小),在拟南芥中参与昼夜节律。
CRY2在成花诱导中扮演主要作用。
CRY的同源物在果蝇、小鼠和人类中调控昼夜周期。
拟南芥的细胞核CRY1和细胞质CRY1有明显不同的功能。细胞核CRY1介导了膜去极化,这一过程有数秒的延迟,是CRY-1反应中最快的之一,其机制尚不清楚。
CRY1和CRY2主要定位在核中,而CRY3主要定位在叶绿体和线粒体,CRY3的功能尚不清楚,但其有单链DNA损伤的光裂解酶活性。CRY3还缺乏明显的CTE结构域。
细胞核CRY抑制COP1介导的蛋白质降解
CRY12都得在细胞核和细胞质中,尚无证据表明CRY受光照后进入细胞核。
黑暗中,COP1与SPA1和其他蛋白介导光形态建成转录因子的泛素化。
在蓝光激活后,核内CRY1与SPA1、COP1形成复合体以抑制之,从而保护了光形态建成相关的转录因子。
是C端在于SPA1结合,只过表达CTE结构域的拟南芥表型类似于COP突变体,没有PHR的CTE表现为组成性激活。
蓝光介导的磷酸化似乎对信号转导是重要的,对于CRY2而言,还激活其降解。
CRY也可以直接与转录因子结合
cry2可以直接结合bHLH类转录因子,如CIB1,它调控成花起始,通过结合FT的启动子。
隐花色素与其他光受体的互作
光形态建成和成花诱导已知由光敏色素介导,而CRY2的突变会导致这些反应的改变。这种互作有关的反应由三个大类:茎/下胚轴延伸,成花诱导,昼夜节律。
红光受体和蓝光受体都抑制茎的伸长
虽然光敏色素与茎伸长抑制有关,此反应的作用强度光谱在蓝光区域也有。这不能用光敏色素解释。