光敏素

光敏素是植物、细菌和真菌中用于检测光的一类光感受器。 它们对可见光谱的红色和远红色区域的光敏感，可分为由远红光激活的 I 型或由红光激活的 II 型。 最近的进展表明，光敏色素也可以作为温度传感器，因为温度升高会增强它们的失活。 所有这些因素都有助于植物的发芽能力。

光敏素控制着植物发育的许多方面。 它们调节种子的发芽（成光细胞）、叶绿素的合成、幼苗的伸长、叶子的大小、形状和数量以及运动以及成年植物开花的时间。 光敏素在许多组织和发育阶段广泛表达。

其他植物光感受器包括对蓝光和紫外线 A 光有反应的隐花色素和向光素，以及对紫外线 B 光敏感的 UVR8。

除了它们在自然界中的作用外，植物光敏色素和光敏色素相互作用因子 (PIF) 之间的光诱导相互作用在 2002 年被用于控制酵母中的基因转录。 这是xxx个使用来自另一种生物体的发光蛋白来控制生化途径的例子。

光敏素由一种蛋白质组成，共价连接到光敏胆色素发色团。 蛋白质部分包含两条相同的链（A 和 B）。 每条链都有一个PAS域、GAF域和PHY域。 植物、细菌和真菌光敏色素中的结构域排列具有可比性，因为三个 N 端结构域始终是 PAS、GAF 和 PHY 结构域。 然而，C 端域更加不同。 PAS 结构域充当信号传感器，GAF 结构域负责与 cGMP 结合并感知光信号。 这些亚基一起形成光敏色素区域，该区域调节植物的生理变化以适应红光和远红光条件的变化。 在植物中，红光将光敏色素改变为其生物活性形式，而远红光将蛋白质改变为其生物非活性形式。

光敏素的特征是红色/远红色光致变色。 光致变色颜料在吸收光后会改变其颜色（光谱吸收特性）。 在光敏色素的情况下，基态为 Pr，r 表示它特别强烈地吸收红光。 吸光度xxx值是 650–670 nm 的尖峰，因此浓缩的光敏色素溶液在人眼看来呈绿松石蓝色。 但是一旦红色光子被吸收，色素就会经历快速的构象变化，形成 Pfr 状态。 这里 fr 表示现在优先吸收的不是红色而是远红（也称为近红外；705–740 nm）。 这种吸光度的变化对于人眼来说是明显的，颜色略微偏绿。 当 Pfr 吸收远红光时，它会转换回 Pr。 因此，红光产生Pfr，远红光产生Pr。 在植物中，至少 Pfr 是生理活性或信号状态。

光敏素还具有感知光的能力，这会导致植物向光生长。 这称为向光性。 Janoudi 和他的同事们想看看是什么类型的光敏色素导致了向光性的发生，并进行了一系列实验。 他们发现蓝光会导致拟南芥植物表现出向光反应； 这种曲率随着红光的增加而增加。 他们还发现植物中存在五种不同的光敏色素，而一些功能不正常的突变体则表示缺乏光敏色素。 其中两个突变体变体对于本研究非常重要：phyA-101 和 phyB-1。 这些分别是光敏色素 A 和 B 的突变体。 正常功能的光敏色素 A 引起对远红光的敏感性，并引起对光曲率表达的调节，而光敏色素 B 对红光更敏感。

实验包括拟南芥的野生型 phyA-101（光敏色素 A (phyA) 无效突变体）、phyB-1（光敏色素 B 缺陷突变体）。 然后将它们暴露在不同光通量下的白光作为对照蓝光和红光下，测量曲率。 已确定，为了获得野生型 phyA-101 的表型，必须暴露于四个更高数量级或约 100umol m−2 的通量。 然而，导致 phyB-1 表现出与野生型相同曲率的注量与野生型相同。 表达超过正常量的光敏色素 A 的光敏色素发现，随着注量增加，曲率也增加到 10umol-m−2，曲率与野生型相似。 表达超过正常量的光敏色素 B 的光敏色素在不同的流度下表现出与野生型相似的曲率。