《科学》 ：UVR8保护植物免受紫外线危害

顾汉现

作者：Elizabeth Getzoff 来源：《科学》

发布时间：2012-2-16 14:13:50

UVR8保护植物免受辐射危害

终日在太阳下暴晒不仅对人类，对于植物也具有很大的伤害性，而不同于人类的是植物没有办法逃避。太阳的紫外线（UV）辐射可造成细胞内的蛋白和DNA损伤，导致植物生长缓慢和死亡（与人体的癌形成过程一样）。因此植物也进化出了一些强有力的适应性防御机制，包括通过一种UVR8的紫外线传感蛋白主导一系列复杂的保护性反应。近期，来自斯克里普斯研究所和英国格兰斯哥大学的科学家们在新研究中揭示出了详细的UVR8结构图谱和内部作用机制。相关研究论文发表在《科学》（Science）杂志在线版上。

本研究的资深科学家、斯克里普斯研究所Elizabeth Getzoff说：“这个古老的分子似乎在植物中发挥了至关重要的作用。知道它如何发挥功能，有助于我们更深入了解在例如气候变化等因素导致光线改变的情况下，植物的生长是如何发生变化的，这对于我们了解基础的光开关机制也具有非常重要的意义。”

2002年，研究人员在一项拟南芥的基因敲除实验中，首次发现了UVR8具保护功能的证据。研究人员发现当突变植物暴露在“B”波长的紫外线辐射下（可造成人类皮肤晒黑和灼伤）时，会导致植物生长缓慢。反之，野生型的拟南芥则能利用体内的UVR8来感知UV-B光，启动保护性应答，这一过程涉及100多种拟南芥基因。Getzoff说：“其中包括了大量编码DNA修复酶和其他保护性酶的基因。这看起来就像植物给自己涂抹了一层防晒霜。”

后来，研究人员在更古老的植物例如藻类和苔藓植物中也发现了与UVR8相似的分子，表明UVR8代表了对UV光线的一种原始的适应机制，有可能在地球大气形成吸收UV的臭氧层之前就已经存在了。

格兰斯哥大学的John Christie 2010年曾在Getzoff实验室做过访问学者，他向Getzoff提出建议一起合作寻找更多有关UVR8的信息。Getzoff'实验室主要负责发现及分析蛋白质的详细原子结构，Christie与同事、格兰斯哥大学植物细胞和分子生物学教授Gareth I. Jenkins专门研究UVR8生物学。

在这项研究中，Christie与Getzoff'实验室其他成员一起生成并纯化了UVR8分子，然后利用化学方法诱导其结晶。利用X-射线衍射分析技术揭示出了UVR8的独特的分子结构。为了证实UVR8具有自身感知UV-B光线的能力，研究人员利用置换UVR8单核苷酸的方法检测了对于分子光线感知功能的影响。研究人员发现UVR8分子金字塔结构中的色氨酸（tryptophan）在UV-B的检测中起关键性作用；用苯丙氨酸（phenylalanine）取代色氨酸将改变UVR8对于较短波UV-C辐射的敏感性。“这些实验表明毋庸置疑UVR8自身包含有光传感器，”Getzoff说。

现在Getzoff和同事们打算更进一步精确探索UV-B吸收导致UVR8二聚体解离的机制，以及解析这些分离的亚基是如何与其他蛋白和细胞核中的染色体相互作用启动植物的保护应答的。（何嫱）

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《科学》发表论文摘要（英文）：

http://www.sciencemag.org/conten ... /08/science.1218091