研究人员对植物色素的光转换机理提供了新见解

光提供了植物和其他光合作用生物生长所需的能量，最终产生了代谢物，为地球上所有其他生物提供了养分。植物还依靠光信号来发展其光合作用机制，并使它们的生命周期围绕每日和季节性节律同步。

例如，植物中的光感受器途径使他们能够确定种子在土壤中的深度，以“测量”日渐减弱的日照时间，并改变植物的发育过程，为夏季或冬季的开始做好准备。

圣路易斯华盛顿大学的一项新研究提供了对称为植物色素的蛋白质如何感知光并促进植物生长的见解。该论文本周在美国国家科学院院刊上发表。

“光致色素在光感受器中是独特的，因为它们以两种稳定但可相互转换的状态存在：一种在黑暗中合成的非活性形式，而另一种则需要光来激活，”乔治和Charmaine Mallinckrodt艺术生物学教授Richard D. Vierstra说。与科学。

“通过测量这两种形式来回翻转的比例，植物色素可以感知光的强度，持续时间，浅色甚至是日长。尽管对感光体进行了60年的研究，但这些暗色和亮色之间的差异仍然令人费解。”

维尔斯特拉和他的合作者克服了一个主要障碍，即定义支持顺光和逆光状态之间转换的事件顺序。

他们发现并鉴定了长形嗜蓝细菌嗜热性菌PixJ的晶型，该晶型可使活性形式和非活性形式之间发生可逆的光转化。值得注意的是，晶体在光转换过程中保持其完整性。塞特·伯吉(Sethe Burgie)是艺术与科学生物学研究科学家，也是该论文的第一作者。他能够使用称为X射线晶体学的先进技术，收集识别反应途径中间体所需的高分辨率X射线衍射数据。

现在，研究人员应该能够使用新开发的X射线自由电子激光来获取该植物色素晶体的结构快照，因为该植物色素晶体最初是通过其不活动的感光体吸收光的，直到它达到完全成熟的活动状态为止。毫秒。

在初步测试中，Vierstra小组能够看到感光器的第一个抽动，这是其发色团的一部分，它捕获了光激活后旋转的光能。

伯吉说：“ 换句话说，现在应该可以制作出原子分辨率的分子电影，勾勒出感光体的结构转变。” “现在，我们正处于定义植物色素在生物非活性状态与活性状态之间移动时发生的内部事件和物理变化顺序的关键时刻，这最终将帮助研究人员修补植物以提高其农业产量和可持续性。”

了解光转化循环的结构基础是开发修饰型植物色素的重要步骤，这种修饰植物色素赋予作物以有益的光敏特性。

Vierstra说：“另外，由于植物色素感测光和温度，改变植物色素的功能具有使农作物更好地适应特定环境的巨大潜力，并可能有助于扩大这些作物的范围。”

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