Planter har kapasitet til å justere sin vekst og utvikling i respons til lys og temperatur signaler (1). Temperaturføling hjelper planter å bestemme når de skal spire, justere kroppsplanen for å beskytte seg mot ugunstige temperaturer og blomst. Varme temperaturer samt redusert lys som følge av vegetativ skygge fremmer stammevekst, slik at plantene kan unngå varmestress og baldakinskygge fra nærliggende planter. Mens lysoppfattelsen drives av en samling av identifiserte fotoreceptorer-inkludert de røde / farrøde lysabsorberende fytokromer; de blå / ultrafiolette-A (UV-A) lysabsorberende kryptokromer, fototropiner og Medlemmer Av Zeitlupe-familien; OG UV-b-absorberende UVR8 (2) – temperatursensorer gjenstår å bli etablert (3). Å finne identiteten (eller identitetene) til temperatursensorer vil være spesielt relevant i sammenheng med klimaendringer (4).Phytochrome B (phyB) er den viktigste fotoreceptoren som styrer veksten I Arabidopsis-frøplanter utsatt for forskjellige skyggeforhold (5). Som andre i fytokrom-familien er phyB et homodimerisk kromoprotein, med hver underenhet som har en kovalent bundet fytokromobilin-kromofor. phyB finnes i to foto-interkonvertible former: en rød lysabsorberende Pr-tilstand som er biologisk inaktiv og en farrød Lysabsorberende Pfr-tilstand som er biologisk aktiv (6, 7). Mens Pr oppstår ved montering med bilin, krever Dannelsen Av Pfr lys, og nivåene er sterkt påvirket av rødt/langt rødt lysforhold. Derfor, fordi rødt lys absorberes av fotosyntetiske pigmenter, har skyggelys fra nærliggende vegetasjon en sterk innvirkning På Pfr-nivåer ved å redusere dette forholdet (8). phyB Pfr går også spontant tilbake Til Pr i en lysuavhengig reaksjon kalt termisk reversering (9-11). Tradisjonelt ble termisk reversering antatt å være for langsom i forhold til lysreaksjonene for å påvirke Pfr-statusen til phyB, selv under moderate bestrålinger funnet i naturlige miljøer, men to observasjoner motsier dette synet. For det første påvirkes dannelsen av phyB-nukleare legemer, som reflekterer Pfr-statusen, av lys opp til bestrålinger som er mye høyere enn forventet hvis termisk reversering var langsom (12). For det andre er det nå klart at termisk reversering skjer i to trinn. Selv om det første trinnet,Fra Pfr: Pfr homodimer (D2) Til Pfr:Pr heterodimer (D1), er sakte (kr2), det andre trinnet, Fra Pfr:Pr heterodimer Til Pr:Pr homodimer (D0), er nesten to størrelsesordener raskere (kr1) (Fig. 1A) (11).

Fysiologisk relevante temperaturer kan endre størrelsen på kr1 og dermed påvirke Pfr og D2 nivåer, selv under belysning (Fig. 1A). For å teste denne hypotesen brukte vi in vitro og in vivo spektroskopi og analyse av phyB nukleare legemer ved hjelp av konfokal mikroskopi. For den første av disse tilnærmingene produserte vi rekombinant full lengde phyB som bærer sin phytochromobilin chromophore. Ved bestråling under kontinuerlig rødt lys oppnådde in vitro-absorbansen ved 725 nm lavere verdier ved høyere temperaturer, noe som indikerer reduserte steady-state Nivåer Av Pfr (Fig. 1, B og C). Vi beregnet forskjellene mellom steady state absorbansspektra i mørke og kontinuerlig rødt lys (∆absorbans). Amplituden mellom maksimum – og minimumstoppene til ∆ absorbans, som representerer Mengden Pfr, ble sterkt redusert mellom 10 Og 30°C (Fig . 1, D og E). Denne egenskapen for phyB er forskjellig fra den typiske oppførselen til enzymer, som viser økt aktivitet over samme temperaturområde (13).

vi har også målt med in vivo spektroskopi steady-state nivåer av phyB Pfr i frøplanter bestrålt med kontinuerlig rødt eller hvitt lys ved forskjellige temperaturer (brukes kun under bestråling). Økende temperaturer reduserte både Det totale bassenget Av Pfr og D2 (Fig. 1f og fig. S1), som anses å være fysiologisk relevant for phyB (11). Ved hjelp av disse dataene bestemte vi kr1, som økte med temperatur(Fig. 1G).phybs kjernefysiske kroppsdannelse øker med irradians og rødt / langt rødt lysforhold (12, 14) fordi Det avhenger Av D2 (11). Som en proxy for temperaturpåvirkning På D2 brukte vi forskjellen i kjernefysisk kroppsdannelse i linjer av phyB-9-null mutanten reddet med umodifisert phyB eller en av to chromophore lommemutanter som undertrykker Pfr termisk reversering in vitro med liten eller ingen effekt på fotokonversjon (phyBY361F-YFP og phyBR582A-YFP) (15, 16). De-etiolerte (grønne) frøplanter ble overført til de forskjellige lysforholdene (bestrålinger og røde/farrøde lysforhold) som representerer ufiltrert sollys, baldakinskygge eller overskyet dager, i kombinasjon med forskjellige temperaturer som bare brukes under lysbehandlingene(fig. S2). Kjernekroppsstørrelsen på phyBY361F-YFP og phyBR582A – YFP ble ikke signifikant påvirket av irradians (fig. S3) og sterkt påvirket av det røde / far-røde forholdet (fig. S4). Dette stemmer overens med forestillingen om at irradiansresponsen er avhengig av kr1 og kr2 (11), som påvirkes i mutantene. Størrelsen på phyB kjernefysiske legemer varierte kvadratisk med temperatur og var størst på ~20°C (Fig. 2a og fig. S5). Vi testet hypotesen om at den negative fasen av denne responsen på temperatur er manifestasjonen av forbedret termisk reversering som reduserer D2. Mot dette målet modellerte vi den gjennomsnittlige størrelsen på phyBY361F-YFP og phyBR582A-YFP kjernekroppene (tabellene S1 Og S2) som en funksjon av Både D2 (11) og temperatureffekter som ikke formidles av endringer I D2 (fig. S6). Deretter brukte vi denne begrensede modellen til å forutsi D2 nivåer fra phyB kjernekroppsstørrelser i villtype linjer(Fig. 2B). Forskjellen mellom den tilsynelatende loggen D2 i villtype og loggen D2 av phyBY361F og phyBR582A i samme lysforhold er vist I Fig. 2c (forskjell i gjennomsnitt for alle lysforhold). Resultatene indikerer at høye temperaturer reduserer den tilsynelatende D2 for villtype phyB under et bredt spekter av lysforhold.

ved å bruke de tre tilnærmingene ovenfor viste vi at aktiviteten til phyB avtar med økende temperatur (Fig. 1 og 2), noe som tyder på to mulige biologiske utfall. Den ene er at nedstrømsendringer i phyB-signalering kompenserer for temperatureffekten. Den sirkadiske klokken gir et eksempel på temperaturkompensasjon (17). Den andre er at phyB oppfatning av temperatursignaler styrer den fysiologiske utgangen. En prediksjon av sistnevnte hypotese er at phyB aktivitet (D2) skal på samme måte påvirke veksten uavhengig av om den endres av lys, temperatur eller mutasjoner som stabiliserer phyB. For å teste denne prediksjonen dyrket Vi Arabidopsis-frøplanter (inkludert phyB genetiske varianter) ved samme irradians og temperatur, sorterte dem til de forskjellige lys-og temperaturmiljøene (fig. S2), og modellert vekst under disse forholdene (tabell S3) som en funksjon Av D2.

vekstresponsen til temperatur (fig. S7) og light (18) er ikke utelukkende formidlet av phyB (D2). Dermed bygde vi modellen i to trinn: først passer univariate submodeller som beskriver forholdet mellom vekst og de enkelte faktorene (D2, temperatureffekter ikke formidlet av endringer I D2, og aktivitet av andre fotosensoriske reseptorer), og deretter kombinere disse komponentene i den endelige modellen. For å kvantifisere bidraget Fra D2 (fig. S8), brukte vi vekst ved 30°C (ingen lavtemperaturhemming av vekst) (fig. S9) av alle genotyper, inkludert de stabiliserte phyB-variantene og phyB-null mutanten (D2 = 0). For å kvantifisere effekten av temperatur ikke formidlet av endringer I D2 (fig. S9B), brukte vi phyB mutanten (ingen phyB-mediert hemming) til 1 µol m−2 s-1 (ved denne irradiansen, og ved 30°C, er veksten maksimal, noe som indikerer at andre fotoreseptorer ikke bidrar sterkt). For å kvantifisere bidraget fra andre fotoreceptorer (fig. S10), brukte vi phyB mutant (ingen phyB-mediert hemming) ved en rekke bestrålinger ved 30°C(ingen lav temperatur vekst hemming). Den eneste statistisk signifikante interaksjonen mellom disse begrepene var Mellom d2 og temperatureffekter som ikke var mediert av endringer I D2 (tabell S4). Derfor, i den endelige modellen, var veksten omvendt relatert til termer som representerer handlingene Til D2, lave temperaturer (ikke formidlet av endringer I D2), andre fotosensoriske reseptorer og den synergistiske samspillet Mellom D2 og lav temperatur (ikke formidlet av endringer I D2).

vi monterte deretter modellveksten for alle 200 lys-temperatur-genotypekombinasjoner. Forholdet mellom observerte og forventede data viste ingen systematisk avvik fra 1: 1 korrelasjonen for det forskjellige lyset (Fig. 3a), temperatur (Fig. 3B), eller genetiske varianter med endret Pfr-stabilitet (Fig. 3C). Forutsagte data ble oppnådd Med d2-verdier påvirket av lys, temperatur og genotype. For å teste betydningen av temperatureffekter mediert av endringer i phybs status, omregnet vi veksten Ved Å bruke D2 modifisert av lys og genotype, men ikke ved temperatur(konstant 10°C). Denne justeringen reduserte vekstmodellen godhet av passform(Fig. 3B, innfelt), som indikerer at bidraget av phyB-medierte temperatureffekter på vekst er statistisk signifikant og ikke bør overses. Fordi vi estimerte effekten Av D2 ved hjelp av data fra en enkelt temperatur (fig. S8), er vår vekstmodell ikke basert på antagelsen Om At D2 endres med temperatur, og gir dermed tillit til at sistnevnte konklusjon er ekte.

vi brukte vekstmodellen til å sammenligne bidraget fra hver av de tre temperaturavhengige vilkårene til hemming av vekst ved lave temperaturer. phyB-medierte effekter av temperatur bidrar til den totale temperaturresponsen (Fig. 3D). Effektene var store ved lave bestrålinger, redusert med mellomliggende bestrålinger (lysreaksjoner blir stadig viktigere), og økt igjen ved høyere bestrålinger fordi Nå D2 påvirker veksten sterkere.Fytokromer ble oppdaget og har blitt studert på grunnlag av deres roller som lysreseptorer i planter (6, 7). Men våre observasjoner at temperaturen endrer mengden Av D2 for phyB (Fig. 1 og 2) og dens fysiologiske utgang på en måte som ligner på lys (Fig. 3) indikerer at phyB bør også defineres som en temperatur cue reseptor. phyB krever lys for å overholde denne temperaturfunksjonen ved å trenge lys for å generere den ustabile, men bioaktive Pfr-tilstanden. Temperaturen påvirker Pfr-statusen til phyB hovedsakelig via kr1 i lyset (Fig. 1) og via kr2 om natten (19). Reseptorer aktiveres ofte av deres ligander; selv om phyB aktiveres av rødt lys, blir det inaktivert av langt rødt lys og høye temperaturer. Denne kombinasjonen av lys-og temperaturoppfattelse vil tjene til å integrere signalene som styrer foto – og termomorfogenese på måter som optimaliserer veksten av planter utsatt for et bredt spekter av miljøer.

Korreksjon (17 November 2016): Rapport: «Phytochrome B integrerer lys – og temperatursignaler I Arabidopsis» Av M. Legris et al. (18 November 2016, s. 897). Dette papiret ble opprinnelig publisert online som Første Utgivelse på 27 oktober 2016. Denne informasjonen er gjenopprettet i slutten av artikkelen.