人類通過(guò)塗抹「防曬霜」防紫外線，你聽(tīng)說(shuō)過(guò)玉米也有自己的「防曬霜」嗎？近日，深圳大學(xué)生命與海洋科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)、特聘教授劉宏濤團(tuán)隊(duì)在Nature Communications發(fā)表研究論文，首次揭開(kāi)了這一秘密：玉米體內(nèi)的藍(lán)光受體ZmCRY1s能感知藍(lán)光信號(hào)，通過(guò)直接結(jié)合蠟質(zhì)合成相關(guān)的BAHD家族酰基轉(zhuǎn)移酶GLOSSY2，進(jìn)而調(diào)整表皮蠟質(zhì)「配方」與合成量，大幅提升玉米抗紫外能力。
該成果不僅解析了植物抗逆的新機(jī)制，更蘊(yùn)含多重創(chuàng)新突破，為培育更耐曬的高光效玉米品種提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)。劉宏濤教授團(tuán)隊(duì)還與中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張鵬研究員合作解析了ZmCRY1s-GLOSSY2蛋白複合體結(jié)構(gòu)，近期發(fā)表於Science Advances，為光信號(hào)傳遞的分子基礎(chǔ)提供直接證據(jù)。
藍(lán)光受體：玉米的「防曬指揮家」
玉米是全球產(chǎn)量最高的糧食作物，它喜歡陽(yáng)光，但也怕太曬。田間強(qiáng)烈陽(yáng)光中的紫外線（尤其是UV-B），會(huì)損傷葉片光合系統(tǒng)、損傷DNA、造成ROS脅迫、降低產(chǎn)量。不過(guò)，玉米有自己的「防曬霜」——葉片表面的表皮蠟質(zhì)層，能反射、吸收大部分紫外線。這層「防曬霜」的成分和厚度受光照調(diào)控，但光調(diào)表皮蠟質(zhì)的機(jī)制還是未解之謎。
正常玉米遇藍(lán)光，中胚軸（種子發(fā)芽時(shí)在土壤中伸長(zhǎng)的部分，見(jiàn)光後伸長(zhǎng)被抑制）會(huì)縮短，表皮蠟質(zhì)增厚同時(shí)伴隨成分變化。玉米感知藍(lán)光的「眼睛」中包含3個(gè)ZmCRY1（ZmCRY1a、ZmCRY1b、ZmCRY1c）和1個(gè)ZmCRY2。團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因編輯構(gòu)建「CRY全部失效」的玉米突變體（cry-q），再對(duì)比正常玉米和「視力更好的」CRY超表達(dá)玉米發(fā)現(xiàn)，正常玉米遇藍(lán)光中胚軸會(huì)縮短、增厚表皮蠟質(zhì)；而隨著藍(lán)光「視覺(jué)」能力的下降，cry-q材料不僅對(duì)藍(lán)光不靈敏，也極怕紫外線；CRY超表達(dá)玉米則獲得更強(qiáng)的「防曬力」。更關(guān)鍵的是，藍(lán)光會(huì)讓玉米蠟質(zhì)中C32醛大量增加，C32醛是玉米蠟質(zhì)組分走向成熟的一個(gè)關(guān)鍵中間產(chǎn)物，且其積累依賴ZmCRY1s的「指揮」，突變體即便是見(jiàn)了藍(lán)光也很難合成C32醛。
A、CRYs的進(jìn)化樹(shù)分析；B、ZmCRY1c-PHR的結(jié)構(gòu)；C、ZmCRYs共同參與藍(lán)光信號(hào)的光形態(tài)建成
分子搭檔：藍(lán)光下的「蛋白協(xié)作」
ZmCRY1s如何「指揮」C32醛生成？團(tuán)隊(duì)找到了其「合作夥伴」——GLOSSY2（GL2）蛋白。
GL2本是合成蠟質(zhì)原料（超長(zhǎng)鏈脂肪酸）的關(guān)鍵蛋白，黑暗中會(huì)與KCS6蛋白合作，合成超長(zhǎng)鏈脂肪酸；而藍(lán)光激活ZmCRY1s後，會(huì)與KCS6競(jìng)爭(zhēng)（二者在GL2上的結(jié)合界面重疊度達(dá)78%），「搶過(guò)」GL2形成新搭檔，轉(zhuǎn)而合成C32醛，讓蠟質(zhì)「配方」升級(jí)、防曬力倍增。
為看清這一過(guò)程，團(tuán)隊(duì)還聯(lián)合張鵬研究員團(tuán)隊(duì)解析了ZmCRY1s與GL2結(jié)合的2.8?三維結(jié)構(gòu)（近期發(fā)表於《Science Advances》），如同拍下「蛋白手拉手」的高清照，證實(shí)了藍(lán)光對(duì)二者協(xié)作的關(guān)鍵作用，更揭示了競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
核心創(chuàng)新與應(yīng)用價(jià)值：突破傳統(tǒng)認(rèn)知，開(kāi)闢育種新路徑
發(fā)表在Nature Communications的研究成果獲國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金支持，深圳大學(xué)副研究員趙志偉，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士後馮帆、劉亞琪及副研究員劉亞文為共同第一作者，劉宏濤為通訊作者；發(fā)表在Science Advances的研究成果獲國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金支持，劉亞琪和深圳大學(xué)副研究員趙志偉為共同第一作者，深圳大學(xué)研究員張鵬和教授劉宏濤為共同通訊作者。劉宏濤教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期聚焦「光調(diào)控植物發(fā)育及環(huán)境適應(yīng)機(jī)制」，此次成果進(jìn)一步拓展了植物光信號(hào)調(diào)控的研究領(lǐng)域，也為深圳大學(xué)在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究再添新彩。
這項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了三重突破，為作物抗逆研究與實(shí)踐開(kāi)闢了全新視角：
突破傳統(tǒng)調(diào)控範(fàn)式——首次發(fā)現(xiàn)植物光受體可直接結(jié)合代謝酶調(diào)控代謝過(guò)程，打破了光信號(hào)通過(guò)基因表達(dá)調(diào)控代謝的經(jīng)典框架，ZmCRY1s無(wú)需依賴轉(zhuǎn)錄環(huán)節(jié)，直接與GL2互作切換代謝流向，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到代謝反應(yīng)的快速、精準(zhǔn)傳遞，為理解植物環(huán)境適應(yīng)的高效調(diào)控機(jī)制提供了全新範(fàn)式。這也帶來(lái)新的啟發(fā)，即人和動(dòng)物中可能存在類似的光直接調(diào)控代謝的機(jī)制。
破解領(lǐng)域核心謎題——明確ZmCRY1s-GL2直接互作介導(dǎo)C32醛積累的分子機(jī)制，為植物超長(zhǎng)鏈脂肪醛合成這一長(zhǎng)期未決的研究難題提供了關(guān)鍵分子線索。
賦能作物抗逆育種——揭示的ZmCRY1s-GL2調(diào)控模塊，為改良玉米等作物的UV-B耐受性提供精準(zhǔn)靶點(diǎn)，為高溫、高光、強(qiáng)紫外輻射地區(qū)培育穩(wěn)定高產(chǎn)品種提供技術(shù)支撐，有效應(yīng)對(duì)全球氣候變化帶來(lái)的農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)。（記者 林麗青）
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