圖 CRY2在不同生長時期、光照環境、部位以不同的狀態協調植物生長發育
在國家自然科學基金項目（批準號：32330006、32150007、31825004）等資助下，深圳大學劉宏濤教授團隊在植物光信號轉導研究方面取得新進展，相關成果以“擬南芥藍光受體CRY2在黑暗中抑制根伸長（The Arabidopsis blue-light photoreceptor CRY2 is active in darkness to inhibit root growth）”為題，于2024年11月15日在《細胞》（Cell）雜志在線發表。論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.031。
光不僅是植物光合作用的能量來源，也是調控植物發育的重要環境信號。生長在黑暗中的植物幼苗下胚軸長但根較短，而光下的幼苗則下胚軸短但根較長。植物在光下和暗中發育完全不同，是因為光受體蛋白作為植物的“眼睛”，能感知光信號從而調控植物生長發育。植物具備一系列不同的光受體來感受不同波段的光，其中藍光受體隱花素（Cryptochromes，CRYs）介導藍光調控的植物下胚軸伸長、開花、生物鐘等發育過程。關于CRYs的研究以往聚焦于CRYs的“藍光激發”機制，以及CRYs“藍光依賴”的功能活性，那么CRYs在“黑暗中”或“非藍光激發態”是否具有調控植物生長發育的功能呢？
該團隊研究發現擬南芥藍光受體CRYPTOCHROME 2（CRY2）在黑暗中可以調控細胞分裂、光合作用等多個重要生命過程相關基因的表達。進一步研究發現，黑暗條件下，在通常會被忽視的黃化苗根部，CRY2通過抑制根尖分生區細胞分裂從而抑制主根伸長，而藍光則解除該抑制。通過篩選獲得在黑暗（或非藍光條件）下同CRY2結合的蛋白FORKED1-LIKE（FL）家族成員FL1和FL3，它們和CRY2的結合特異受藍光抑制。后續研究確認FL只能結合非藍光激發的CRY2單體而不能結合藍光激發后的CRY2多聚體。FL1和FL3是兩個位于CRY2遺傳學下游的促細胞分裂因子，可以結合細胞分裂基因染色質并促進基因表達。黑暗中CRY2通過結合FL從而抑制FL促根尖分生區細胞分裂，進而抑制主根伸長。藍光下CRY2形成多聚體不能再與FL結合，FL功能被釋放從而促進主根伸長。
該研究首次系統地回答擬南芥藍光受體CRY2在未接收藍光光子的非光激發態是否具有功能活性的問題，揭示了CRYs不僅具有被藍光信號“打開”的“藍光依賴”的功能活性，還具有被藍光信號“關閉”的“黑暗依賴”的功能活性。該發現為光信號領域開辟了“光受體在黑暗中的功能”這一全新研究方向，有助于人們更立體、更宏觀地理解光信號對于植物生長發育的調控，為利用光受體改善農作物形態，調控農作物生長發育，奠定理論基礎。