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厦门大学帅建伟教授课组揭示植物隐花色素不同的蓝光响应模式及协同调控植物光形态建成的动力学机制

来源：花匠小妙招时间：2025-06-19 16:28

近日，厦门大学物理科学与技术学院帅建伟课题组和福建农林大学林学中心王琴课题组，以及美国加州大学林辰涛教授合作，在国际知名期刊Plant, Cell & Environment 上发表了题为“Different response modes and cooperation modulations of blue-light receptors in photomorphogenesis” 的研究文章，详细报道了在不同强度的蓝光条件下蓝光受体CRYs、 BIC和复合物COP1-SPA的相互调控机制，理论结合实验阐述了两类蓝光受体CRY1和CRY2在响应蓝光刺激时是如何扮演各自的角色并实现协同调控的过程。

光不仅是植物光合作用所必需的能源，还是调控植物整个生长发育过程的重要环境信号。光受体是植物的“眼睛”，植物通过光受体感知环境中不同波长的光，并起始光信号转导调控植物生长发育。蓝光受体隐花色素Cryptochromes(CRYs) 存在于包括人类在内的所有动植物中，植物隐花色素参与调控植物的光形态建成、光周期开花、生物钟节律等过程。利用数学模型定量的描述和分析光信号网络，对于阐明光信号网络中的光受体及下游蛋白的精细调控过程和作用机理具有重要意义。

尽管一系列的分子细胞实验研究了蓝光受体CRY1和CRY2各自特异性反应的信号转导过程，但目前关于CRY1和CRY2信号通路是如何协同调控植物生长发育过程的内在动力学机制所知甚少。基于最新的实验数据，作者首次构建了CRY1和CRY2介导的包含BIC和COP1-SPA相互作用的调控植物蓝光响应的信号网络模型。该模型精细地模拟并重现了实验上观测到的不同光照时间和不同光强下诸多信号的非线性动力学行为，并指出这些不同光响应行为主要由CRY1和CRY2信号通路模块中的5个不同的反应过程协同调控决定。模型预测结果显示，CRY2相对于CRY1有更快的磷酸化速率和降解速率反应过程，这是引起CRY2的相对磷酸化呈现非线性的钟形响应曲线的主要原因，进一步通过实验验证了模型预测的准确性。此外，研究者基于COP1-SPA对CRY1和CRY2磷酸化的不同抑制作用，指出CRY1通过对COP1-SPA的调控，对CRY2的相对磷酸化有着正调控作用。同时，相对CRY2而言, CRY1信号通路模块对光形态促进因子HY5有着更强的调控作用。