rostliny mají schopnost přizpůsobit svůj růst a vývoj v reakci na světelné a teplotní podněty (1). Snímání teploty pomáhá rostlinám určit, kdy klíčit, upravit svůj plán těla tak, aby se chránily před nepříznivými teplotami, a květ. Teplé teploty a snížené světlo vyplývající z vegetativního stínu podporují růst stonků, což umožňuje sazenicím vyhnout se tepelnému stresu a stínu baldachýnu ze sousedních rostlin. Vzhledem k tomu, světlo vnímání je poháněn kolekce identifikovat fotoreceptory—včetně red/far-red světlo-absorbující fytochromy; modrá/uv-A záření (UV-A) světlo–absorbující cryptochromes, phototropins, a členové rodiny Zeitlupe; a senzory UV—B absorbující UVR8 (2) – teploty musí být vytvořeny (3). Nalezení identity (nebo identit) teplotních senzorů by mělo zvláštní význam v souvislosti se změnou klimatu (4).

Fytochrome B (phyB) je hlavní fotoreceptor kontrolující růst sazenic Arabidopsis vystavených různým stínovým podmínkám (5). Stejně jako ostatní v rodině fytochromů je phyB homodimerní chromoprotein, přičemž každá podjednotka obsahuje kovalentně vázaný fytochromobilinový chromofor. phyB existuje ve dvou fotokonvertovatelných formách: červené světlo absorbující PR stav, který je biologicky neaktivní a daleko červené světlo absorbující Pfr stav, který je biologicky aktivní (6, 7). Zatímco Pr vzniká při montáži s bilinem, tvorba Pfr vyžaduje světlo a jeho hladiny jsou silně ovlivněny poměrem červené/daleko červené světlo. V důsledku toho, protože červené světlo je absorbováno fotosyntetické pigmenty, odstín světla z okolní vegetace má silný dopad na Pfr úrovně snížením tohoto poměru (8). phyB Pfr se také spontánně vrací zpět na Pr v reakci nezávislé na světle zvané tepelná reverze (9-11). Tradičně, teplotní reverze předpokládalo být příliš pomalý vzhledem k světlu, reakce na vliv Pfr stav phyB, dokonce i za mírného irradiances nalézt v přirozeném prostředí, ale dvě pozorování v rozporu s tímto názorem. Za prvé, tvorba FYB jaderných těles, která odráží stav Pfr, je ovlivněna světlem až do ozáření mnohem vyšší, než se očekávalo, pokud by tepelná reverze byla pomalá (12). Za druhé, je nyní jasné, že k tepelné reverzi dochází ve dvou krocích. Ačkoli první krok, od Pfr: Pfr homodimer (D2) po Pfr:Pr heterodimeru (D1), je pomalý (kr2), druhý krok, od Pfr:Pr heterodimeru Pr:Pr homodimer (D0), je téměř o dva řády rychlejší (kr1) (Obr. 1A) (11).

fyziologicky relevantní teploty by mohly změnit velikost kr1 a následně ovlivnit hladiny Pfr a D2, a to i za osvětlení (obr. 1A). Pro testování této hypotézy jsme použili in vitro a in vivo spektroskopii a analýzu FYB jaderných těles pomocí konfokální mikroskopie. Pro první z těchto přístupů jsme vyrobili rekombinantní celovečerní FYB nesoucí jeho fytochromobilinový chromofor. Při ozařování za nepřetržitého červeného světla dosáhla absorbance in vitro při 725 nm nižších hodnot při vyšších teplotách, což svědčí o snížených hladinách Pfr v ustáleném stavu (obr. 1, B A C). Vypočítali jsme rozdíly mezi spektry absorbance v ustáleném stavu ve tmě a spojitým červeným světlem (∆absorbance). Amplituda mezi maximálními a minimálními vrcholy ∆ absorbance, která představuje množství Pfr, silně poklesla mezi 10 a 30°C (obr. 1, D A E). Tato charakteristika FYB se liší od typického chování enzymů, které vykazují zvýšenou aktivitu ve stejném teplotním rozmezí (13).

pomocí in vivo spektroskopie jsme také měřili ustálené hladiny phyB Pfr u sazenic ozářených kontinuálním červeným nebo bílým světlem při různých teplotách (aplikovaných pouze během ozařování). Zvyšující se teploty snížily jak celkový fond Pfr, tak i D2 (obr. 1F a obr. S1), který je považován za fyziologicky relevantní druh pro phyB (11). Pomocí těchto údajů jsme určili kr1, který se zvyšoval s teplotou (obr. 1G).

tvorba FYB jaderného tělesa se zvyšuje s ozářením a poměrem červené / daleko červené světlo (12, 14), protože závisí na D2 (11). Jako proxy pro teplotu dopad na D2, použili jsme rozdíl v jaderných tělo v tvorbě linií phyB-9–nulový mutant zachránil s nezměněnou phyB jeden nebo dva chromofor kapsy mutanty, které potlačují Pfr teplotní reverze in vitro s malý k žádné vliv na photoconversion (phyBY361F-YFP a phyBR582A-YFP) (15, 16). De-etiolated (zelené) sazenice byly převedeny do různých světelných podmínek (irradiances a červený/far-red světlo poměry) zástupce nefiltrované sluneční záření, odstín baldachýn, nebo zamračených dnů, v kombinaci s různými teplotami použít pouze při světle léčby (obr. S2). Velikost jaderného tělesa phyBY361F-YFP a phyBR582A-YFP nebyla významně ovlivněna ozářením (obr. S3) a silně ovlivněno poměrem červená/daleko červená (obr. S4). To je v souladu s představou, že ozáření reakce závisí na kr1 a kr2 (11), které jsou ovlivněny v mutanty. Velikost fyzikálních těles se měnila kvadraticky s teplotou a byla největší při ~20°C (obr. 2A a obr. S5). Testovali jsme hypotézu, že negativní fáze této reakce na teplotu je projevem zvýšené tepelné reverze redukující D2. Směrem k tomuto cíli, jsme modelována průměrná velikost phyBY361F-YFP a phyBR582A-YFP jaderné těla (tabulky S1 a S2) jako funkce D2 (11) a teplota účinků, které nejsou zprostředkované změny v D2 (obr. S6). Poté jsme použili tento omezený model k předpovědi hladin D2 z velikosti jaderných těles FYB v liniích divokého typu (obr. 2B). Rozdíl mezi zdánlivou log D2 wild-type a log D2 z phyBY361F a phyBR582A ve stejných světelných podmínek je znázorněno na Obr. 2C (rozdíl v průměru pro všechny světelné podmínky). Výsledky ukazují, že vysoké teploty snižují zdánlivou D2 pro phyB divokého typu za širokého spektra světelných podmínek.

pomocí tří přístupů výše jsme ukázali, že aktivitu phyB klesá s rostoucí teplotou (Obr. 1 a 2), což naznačuje dva možné biologické výsledky. Jedním z nich je, že následné změny v phyb signalizaci kompenzují teplotní efekt. Cirkadiánní hodiny poskytují příklad teplotní kompenzace (17). Druhým je, že fyziologický výstup řídí fyziologické vnímání teplotních podnětů. Predikce druhé hypotézy je, že aktivita phyB (D2) by měla podobně ovlivňovat růst nezávisle na tom, zda je změněna světlem, teplotou nebo mutacemi, které stabilizují phyB. Tento test predikce, jsme Arabidopsis pěstovaných sazenic (včetně phyB genetické varianty) ve stejné ozářenosti a teploty, třídit je do různých světlo a teplota prostředí (obr. S2) a modelovaný růst za těchto podmínek (tabulka S3) jako funkce D2.

růstové reakce na teplotu (obr. S7) a světlo (18) nejsou výhradně zprostředkovány phyB (D2). Model jsme tedy postavili ve dvou krocích: první, montáž jednorozměrných submodelů popisující vztah mezi růstem a individuální faktory (D2, teplota účinků, které nejsou zprostředkované změny v D2, a činnost dalších foto-smyslové receptory), a pak kombinuje tyto složky v konečné modelu. Kvantifikovat příspěvek D2 (obr. S8), použili jsme růst při 30°C (bez nízkoteplotní inhibice růstu) (obr. S9) všech genotypů, včetně stabilizovaných variant phyB a mutantu phyb-null (D2 = 0). Kvantifikovat účinky teploty, které nejsou zprostředkovány změnami v D2 (obr. S9B), jsme použili mutant phyB (ne phyB-zprostředkované inhibice) na 1 µmol m−2 s−1 (v tomto ozáření a při 30°C, růst je maximální, což znamená, že další fotoreceptory nedělají silný příspěvek). Kvantifikovat příspěvek jiných fotoreceptorů (obr. S10), použili jsme mutant phyB (bez inhibice zprostředkované phyB) v rozsahu ozařování při 30°C (bez inhibice růstu při nízkých teplotách). Jediná statisticky významná interakce mezi těmito podmínkami byl mezi D2 a teploty účinků, které nejsou zprostředkované změny v D2 (tabulka S4). Proto, v konečném modelu, růst byl nepřímo související pojmy zastupující akce D2, nízké teploty (není zprostředkován změny v D2), druhé foto-smyslové receptory, a synergické interakce mezi D2 a nízké teploty (není zprostředkován změny v D2).

pak jsme se přizpůsobili modelu růstu pro všech 200 kombinací světla-teplota-genotyp. Vztah mezi pozorovanými a předpokládanými údaji neprokázal žádnou systematickou odchylku od korelace 1:1 pro různé světlo (obr. 3A), teplota (obr. 3B) nebo genetické varianty se změněnou stabilitou Pfr (obr. 3C). Předpokládaná data byla získána s hodnotami D2 ovlivněnými světlem, teplotou a genotypem. Pro testování významnosti teplotních účinků zprostředkovaných změnami stavu phyB jsme přepočítali růst pomocí D2 modifikovaného světlem a genotypem, ale ne teplotou (konstantní 10°C). Toto nastavení snížilo růstový model dobroty fit (obr. 3B, vložka), což naznačuje, že příspěvek teplotních účinků zprostředkovaných FYB na růst je statisticky významný a neměl by být opomíjen. Protože jsme odhadli účinek D2 pomocí dat z jedné teploty (obr. S8), náš růstový model není založen na předpokladu, že se D2 mění s teplotou, čímž poskytuje jistotu, že tento závěr je pravý.

Jsme použili model růstu porovnat přínos každého ze tří závislé na teplotě podmínek inhibice růstu při nízkých teplotách. phyB zprostředkované účinky teploty přispívají k celkové teplotní odezvě (obr. 3D). Účinky byly velké při nízkých ozařováních, snižovaly se s mezilehlými ozařováními (světelné reakce jsou stále důležitější) a opět se zvyšovaly při vyšších ozařováních, protože nyní D2 silněji ovlivňuje růst.

Fytochromy byly objeveny a byly studovány na základě jejich role světelných receptorů v rostlinách (6, 7). Nicméně naše pozorování, že teplota mění množství D2 pro phyB (obr. 1 a 2) a jeho fyziologický výstup podobným způsobem jako světlo (obr. 3) uveďte, že phyB by měl být také definován jako teplotní cue receptor. phyB vyžaduje světlo, aby vyhovovalo této teplotní funkci tím, že potřebuje světlo, aby zpočátku vytvořilo nestabilní, ale bioaktivní stav Pfr. Teplota ovlivňuje stav Pfr phyB hlavně prostřednictvím kr1 ve světle (obr. 1) a přes kr2 v noci (19). Receptory jsou často aktivovány svými ligandy; ačkoli je phyB aktivován červeným světlem, je inaktivován daleko červeným světlem a vysokými teplotami. Tato kombinace světla a vnímání teploty by sloužit integrovat signály ovládající foto – a termo-morfogeneze v způsoby, které optimalizují růst rostliny vystaveny na širokou škálu prostředí.

korekce (17. Listopadu 2016): zpráva: „Fytochrome B integruje světelné a teplotní signály v Arabidopsis“ od M. Legris et al. (18. Listopadu 2016, s. 897). Tento článek byl původně publikován online jako první vydání 27. října 2016. Tyto informace byly obnoveny na konci článku.