莫非最前沿 | Cell Research：植物远红光受体光敏感性的分子机制
近年来，电子显微镜技术在从细胞和分子水平揭示植物生理机制的研究中扮演着越来越重要的作用，这些研究成果或发表在顶尖杂志或被写入教科书，极大得推动了植物学及农学领域的发展。因此，越来越多的科学家从植物重要蛋白质及其结构出发，去解读诸如分子组装及转运机制等问题，由此来阐明相关基因或蛋白的特异性生理功能。
对光的吸收是植物光合作用的基础。同时，对植物而言，光也是一种重要的信号分子，调控着植物生长发育的过程。而光敏色素 (phytochrome，Phys) 是植物感知红光和远红光的光受体，常以二聚体的形式存在，另在每个单体上共价结合一个线性的四吡咯环PΦB，作为发色团。光敏色素可以在吸收红光的Pr构象和吸收远红光的Pfr构象之间进行可逆切换。
在高等植物中，主要含有以phyA和phyB为代表的两类光敏色素。2022年《Nature》期刊报道了高等植物全长phyB的红光吸收型Pr结构，但phyA的全长结构尚未被报道。因此，无法对phyA和phyB植物光敏色素类受体信号转导的机制进行全面的理解，也无法探究phyA和phyB之间的结构差异。此外，还有很多问题尚未解答，譬如光敏色素红光吸收型Pr和远红光吸收型Pfr构象之间是如何保持平衡的？而phyA作为一种光感受器的分子机制又是如何运行的？
2023年7月25日，北京大学-现代农学院的王继纵研究员发表在Cell Research杂志上的研究成果，走进了冷冻电镜及植物远红光受体光敏感性分子机制的故事：
植物远红光受体光敏感性的分子机制
光既是植物生长的能量来源，也是调控植物整个生长发育过程的重要信号分子。光敏色素是植物的红光/远红光（600-700 nm）受体，利用共价结合的线性四吡咯环化合物PΦB作为发色团。光敏色素有红光吸收型（Pr）和远红光吸收型（Pfr）两种主要构象形式。在植物中，Pr形式存在于胞质中，在光激活后以Pfr形式转移到细胞核中，继而调节植物整个生长过程。高等植物主要编码以phyA和phyB为代表的两类光敏色素受体。PhyB是介导经典红光/远红光可逆低辐照响应（LFR）或红光高辐照响应（R-HIR）的主要红光受体，而phyA则负责极低辐照响应（VLFR）和远红光高辐照度响应（FR-HIR），因此其具有更高的光敏性。
王继纵老师的研究成果解析了双子叶植物拟南芥 AtphyA-Pr，单子叶植物玉米 Zm-phyA1-Pr以及拟南芥未结合PΦB的phyA（apo-At-phyA）的三种全长蛋白的高分辨率冷冻电镜结构（分辨率依次为3.0Å，3.3Å，3.8Å），结合光谱吸收分析，详细揭示了植物phyA高度光敏感性与生理功能特异性的分子基础。
