卷心菜、蘿卜和相關(guān)十字花科作物的黑腐病可能對適銷對路植物的產(chǎn)量和生產(chǎn)造成災(zāi)難性后果。Xanthomonas campestris細(xì)菌是黑腐病的主要原因，黑腐病通過延緩幾種光介導(dǎo)的生物過程起作用。在這種生物延遲的背后是一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，由光敏色素等特殊蛋白質(zhì)平衡。
光敏色素對于調(diào)節(jié)植物生長和發(fā)育很重要，就像光開關(guān)一樣：它們監(jiān)測落在植物上的光線并觸發(fā)避蔭等反應(yīng)。它們的結(jié)構(gòu)被組織成模塊，當(dāng)它們吸收兩種特定波長的光(所謂的“紅色”和“遠(yuǎn)紅色”)時(shí)，這些模塊會(huì)相互作用并改變形狀。這是植物對光作出反應(yīng)的關(guān)鍵因素。自從它們被發(fā)現(xiàn)以來，光敏色素也已在藍(lán)細(xì)菌、無氧細(xì)菌和真菌中分離出來。
科學(xué)家們花了幾十年的時(shí)間試圖了解黃單胞菌引起疾病的能力，希望解開細(xì)菌感染過程和生命周期的機(jī)制細(xì)節(jié)，并確定一種治療黑腐病的方法。當(dāng)前研究的主要方向之一是了解負(fù)責(zé)這些過程的生物參與者的結(jié)構(gòu)，包括光敏色素。然而，光敏色素是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，因?yàn)樗鼈兙哂心K化結(jié)構(gòu)，當(dāng)它們感知光時(shí)，它們的模塊變得靈活，并且蛋白質(zhì)在被觀察時(shí)會(huì)改變形狀。
由阿根廷勒盧瓦基金會(huì)的 Hernán Bonomi 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組闡明了光敏色素檢測到的遠(yuǎn)距離信號(hào)是如何產(chǎn)生和傳播的。這項(xiàng)工作于2021 年 11 月 26 日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。該團(tuán)隊(duì)是一個(gè)大型國際合作團(tuán)隊(duì)，包括來自阿根廷、法國和的研究人員。名古屋大學(xué)的 Leonard Chavas 教授提供了同步輻射和結(jié)構(gòu)分析方面的專業(yè)知識(shí)。
世界范圍內(nèi)的幾個(gè)研究小組對在分子水平上理解光敏色素表現(xiàn)出興趣，并且已經(jīng)解析了來自各種生物的大量光敏色素結(jié)構(gòu)。然而，盡管文獻(xiàn)中報(bào)道了大量的結(jié)構(gòu)信息，但很難確定蛋白質(zhì)的靈活結(jié)構(gòu)。最重要的懸而未決的問題是，在光轉(zhuǎn)換過程中，在光敏色素內(nèi)觀察到的長程結(jié)構(gòu)變化如何從其感光模塊傳播到其“效應(yīng)器模塊”。當(dāng)它接收到信號(hào)時(shí)，效應(yīng)器模塊呈現(xiàn)出理想的形狀，以啟動(dòng)調(diào)節(jié)細(xì)菌對光的反應(yīng)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。激活和非激活光態(tài)的原子級(jí)分辨率。
在他們的論文中，研究小組展示了黃單胞菌中光敏色素光傳感器的完整特征。細(xì)菌，處于其兩個(gè)關(guān)鍵的光敏狀態(tài)(激活和未激活)。此外，構(gòu)成蛋白質(zhì)的模塊的光誘導(dǎo)形狀變化被描述為原子級(jí)分辨率，首次在該光感受器家族中突出了二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)水平的顯著結(jié)構(gòu)重排。通過將這些結(jié)果與生化和計(jì)算研究相結(jié)合，提出了一種新的光活化模型，從發(fā)色團(tuán)(蛋白質(zhì)內(nèi)能夠接收紅色(和“遠(yuǎn)紅色”)的區(qū)域)的化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化來解釋信號(hào)機(jī)制光并啟動(dòng)形狀變化信號(hào))，不僅可以重構(gòu)模塊之間的相互作用，還可以重構(gòu)蛋白質(zhì)的組裝方式。
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