光是植物光合作用的能量來(lái)源，也是調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的核心環(huán)境信號(hào)。生長(zhǎng)在黑暗中和光下的植物將采取截然不同的發(fā)育策略，這源于植物光受體作為“眼睛”對(duì)光信號(hào)的精準(zhǔn)捕捉和解讀。植物擁有一系列光受體，分別感知不同波段的光。過(guò)去數(shù)十年的研究幾乎全部聚焦于光受體“光激發(fā)態(tài)”功能，解析了光“打開(kāi)”這些受體功能的機(jī)理。但一些根本性問(wèn)題長(zhǎng)期被忽視，例如光受體在“黑暗中”或“非光激發(fā)態(tài)”是否同樣具有調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的功能活性，以及除“光打開(kāi)”式模式外是否存在其他功能調(diào)控模型。

近日，深圳大學(xué)劉宏濤課題組在Nature Plants上在線發(fā)表一篇題為Decoding darkness by seeking photoreceptor functions with and without light的觀點(diǎn)文章（Perspective）。該文系統(tǒng)整合了近年來(lái)關(guān)于非光激發(fā)態(tài)光受體功能的零散線索，為光信號(hào)領(lǐng)域未來(lái)科學(xué)研究提供了全新指引。

該觀點(diǎn)文章全面梳理了多個(gè)光受體家族（包括CRYs、phytochromes、UVR8、ZTL等）在黑暗中發(fā)揮功能的線索。以擬南芥藍(lán)光受體CRY2為例，此前已有研究發(fā)現(xiàn)其在黑暗中能夠直接抑制根尖分生區(qū)的細(xì)胞分裂，從而限制主根伸長(zhǎng)；而藍(lán)光照射則解除這種抑制，促進(jìn)根系生長(zhǎng)（）。此外，phyA的暗態(tài)形式（Pr）也表現(xiàn)出基礎(chǔ)活性，能夠部分抑制COP1-SPA復(fù)合物；UVR8甚至在無(wú)紫外光的情況下可通過(guò)結(jié)合植物代謝產(chǎn)物黃烷酮查爾酮（NGC）而被激活。這些案例表明，非光激發(fā)態(tài)光受體的功能并非個(gè)例，而可能是一個(gè)保守且廣泛存在的調(diào)控機(jī)制。

圖1光受體在光下和暗中均存在特異功能

更重要的是，該觀點(diǎn)文章還以光受體黑暗中功能為載體，歸納了光受體存在的多種光調(diào)控類型（圖2），包括光開(kāi)啟、光關(guān)閉，光增強(qiáng)，光閾值等，這一系列“光調(diào)控模型”徹底打破了以往“光受體要么開(kāi)要么關(guān)”的二元對(duì)立認(rèn)知，揭示了植物如何利用同一個(gè)蛋白分子在光暗交替的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精確的發(fā)育適應(yīng)。

圖2 光受體功能的多樣化光調(diào)控模式

該觀點(diǎn)文章還尖銳指出植物光受體“暗態(tài)功能”研究面臨的挑戰(zhàn)。作者強(qiáng)調(diào)，要證明一個(gè)表型確實(shí)來(lái)源于光受體的“暗態(tài)”功能，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必須考慮多方面可能造成“偽暗”環(huán)境的“光污染”，例如植物組織的導(dǎo)光性可能使以往認(rèn)為無(wú)光的部位（例如深層土壤的根部）接收到從莖端傳導(dǎo)而來(lái)的光等。作者呼吁，未來(lái)研究需要采用絕對(duì)黑暗環(huán)境、開(kāi)發(fā)“持續(xù)黑暗”的組成型非光激發(fā)突變體，并借助嫁接、microCT等技術(shù)精確判斷非光激發(fā)態(tài)光受體的原位功能。

該觀點(diǎn)文章發(fā)表后，將進(jìn)一步深化“光受體在黑暗中具有功能”這一全新概念，打破二元對(duì)立式光受體功能傳統(tǒng)調(diào)控模型，并為未來(lái)改造光受體暗態(tài)活性、優(yōu)化作物重要農(nóng)藝性狀提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

深圳大學(xué)副教授曾德圣為該論文的第一作者，教授劉宏濤為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金以及深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41477-026-02307-7