växter har kapacitet att anpassa sin tillväxt och utveckling som svar på ljus-och temperatursignaler (1). Temperaturavkänning hjälper växter att bestämma när de ska gro, anpassa sin kroppsplan för att skydda sig mot ogynnsamma temperaturer och blomma. Varma temperaturer samt minskat ljus till följd av vegetativ skugga främjar stamtillväxt, vilket gör det möjligt för plantor att undvika värmestress och baldakinskugga från närliggande växter. Medan ljusuppfattning drivs av en samling identifierade fotoreceptorer-inklusive de röda / långt röda ljusabsorberande fytokromerna; den blå / ultravioletta-A (UV-A) ljusabsorberande kryptokromer, fototropiner och medlemmar av Zeitlupe-familjen; och de UV-B–absorberande uvr8 (2)—temperatursensorerna återstår att fastställa (3). Att hitta temperatursensorernas identitet (eller identiteter) skulle vara av särskild betydelse i samband med klimatförändringen (4).

Phytokrom B (phyB) är den huvudsakliga fotoreceptorn som kontrollerar tillväxten i Arabidopsis-plantor utsatta för olika skuggförhållanden (5). Liksom andra i fytokromfamiljen är phyB ett homodimeriskt kromoprotein, där varje subenhet har en kovalent bunden fytokromobilin kromofor. phyB finns i två foto-interconvertible former: ett rött ljusabsorberande Pr-tillstånd som är biologiskt inaktivt och ett långt rött ljusabsorberande Pfr-tillstånd som är biologiskt aktivt (6, 7). Medan Pr uppstår vid montering med bilin kräver bildning av Pfr ljus, och dess nivåer påverkas starkt av det röda/långt röda ljusförhållandet. Följaktligen, eftersom rött ljus absorberas av fotosyntetiska pigment, har skuggljus från närliggande vegetation en stark inverkan på PFR-nivåer genom att minska detta förhållande (8). phyB Pfr återgår också spontant till Pr i en ljusoberoende reaktion som kallas termisk återgång (9-11). Traditionellt antogs termisk återgång vara för långsam i förhållande till ljusreaktionerna för att påverka PFR-statusen för phyB, även under måttliga bestrålningar som finns i naturliga miljöer, men två observationer motsäger denna uppfattning. För det första påverkas bildandet av phyB-kärnkroppar, som återspeglar statusen för Pfr, av ljus upp till bestrålning mycket högre än förväntat om termisk återgång var långsam (12). För det andra är det nu klart att termisk återgång sker i två steg. Även om det första steget, från Pfr: PFR homodimer (D2) till Pfr:Pr heterodimer (D1), är långsam (kr2), det andra steget, från PFR:Pr heterodimer till Pr:Pr homodimer (D0), är nästan två storleksordningar snabbare (kr1) (Fig. 1A) (11).

fysiologiskt relevanta temperaturer kan ändra storleken på kr1 och följaktligen påverka PFR-och D2-nivåerna, även under belysning (Fig. 1A). För att testa denna hypotes använde vi in vitro och in vivo spektroskopi och analys av phyB-kärnkroppar med hjälp av konfokalmikroskopi. För det första av dessa tillvägagångssätt producerade vi rekombinant FYB i full längd med sin fytokromobilin kromofor. Vid bestrålning under kontinuerligt rött ljus nådde in vitro-absorbansen vid 725 nm lägre värden vid högre temperaturer, vilket indikerar reducerade steady-state-nivåer av Pfr (Fig. 1, B och C). Vi beräknade skillnaderna mellan steady-state absorbansspektra i mörker och kontinuerligt rött ljus (absorbance för Xiaomi). Amplituden mellan de maximala och minsta topparna för absorbance av den absorbans som motsvarar mängden Pfr, minskade kraftigt mellan 10 och 30 C av den (Fig. 1, D och E). Denna egenskap hos phyB skiljer sig från det typiska beteendet hos enzymer, som uppvisar ökad aktivitet över samma temperaturområde (13).

vi mätte också med in vivo-spektroskopi steady-state-nivåerna av phyB Pfr i plantor bestrålade med kontinuerligt rött eller vitt ljus vid olika temperaturer (appliceras endast under bestrålningen). Ökande temperaturer minskade både den totala poolen av Pfr och den för D2 (Fig. 1F och fig. S1), som anses vara den fysiologiskt relevanta arten för phyB (11). Med hjälp av dessa data bestämde vi kr1, som ökade med temperaturen (Fig. 1G).

phyB – kärnkroppsbildning ökar med irradians och rött/långt rött ljusförhållande (12, 14) eftersom det beror på D2 (11). Som en proxy för temperaturpåverkan på D2 använde vi skillnaden i kärnkroppsbildning i linjer av phyB-9–null-mutanten räddad med omodifierad phyB eller någon av två kromoforfickmutanter som undertrycker PFR termisk återgång in vitro med liten eller ingen effekt på fotokonversion (phyBY361F-YFP och phyBR582A-YFP) (15, 16). De-etiolerade (gröna) plantor överfördes till de olika ljusförhållandena (irradianser och röda/långt röda ljusförhållanden) som är representativa för ofiltrerat solljus, baldakinskugga eller molniga dagar, i kombination med olika temperaturer som endast applicerades under ljusbehandlingarna (fig. S2). Kärnkroppsstorleken för phyBY361F-YFP och phyBR582A-YFP påverkades inte signifikant av bestrålning (fig. S3) och starkt påverkad av det röda/långt röda förhållandet (fig. S4). Detta överensstämmer med uppfattningen att irradianssvar beror på kr1 och kr2 (11), som påverkas i mutanterna. Storleken på phyB-nukleära kroppar varierade kvadratiskt med temperatur och var störst vid ~20 kcal C (Fig. 2a och fig. S5). Vi testade hypotesen att den negativa fasen av detta svar på temperaturen är manifestationen av förbättrad termisk återgång som minskar D2. Mot detta mål modellerade vi den genomsnittliga storleken på phyBY361F-YFP och phyBR582A-YFP kärnkroppar (tabeller S1 och S2) som en funktion av både D2 (11) och temperatureffekter som inte förmedlas av förändringar i D2 (fig. S6). Sedan använde vi denna begränsade modell för att förutsäga D2-nivåer från phyB-kärnkroppsstorlekar i vildtypslinjer (Fig. 2B). Skillnaden mellan den uppenbara loggen D2 i vildtyp och loggen D2 för phyBY361F och phyBR582A i samma ljusförhållanden visas i Fig. 2C (skillnad i genomsnitt för alla ljusförhållanden). Resultaten indikerar att höga temperaturer minskar den uppenbara D2 för vildtypsfyb under ett brett spektrum av ljusförhållanden.

genom att använda de tre metoderna ovan visade vi att aktiviteten hos phyB minskar med ökande temperatur (Fig. 1 och 2), vilket tyder på två möjliga biologiska resultat. En är att nedströms förändringar i phyB-signalering kompenserar för temperatureffekten. Den cirkadiska klockan ger ett exempel på temperaturkompensation (17). Den andra är att phyB-uppfattningen av temperaturkoder styr den fysiologiska utgången. En förutsägelse av den senare hypotesen är att phyB-aktivitet (D2) på samma sätt bör påverka tillväxten oberoende av om den förändras av ljus, temperatur eller mutationer som stabiliserar phyB. För att testa denna förutsägelse odlade vi Arabidopsis-plantor (inklusive phyB-genetiska varianter) vid samma bestrålning och temperatur, sorterade dem till olika ljus-och temperaturmiljöer (fig. S2) och modellerad tillväxt under dessa förhållanden (tabell S3) som en funktion av D2.

tillväxtsvar på temperatur (fig. S7) och ljus (18) förmedlas inte uteslutande av phyB (D2). Således byggde vi modellen i två steg: först passar univariata submodeller som beskriver förhållandet mellan tillväxt och de enskilda faktorerna (D2, temperatureffekter som inte förmedlas av förändringar i D2 och aktivitet hos andra fotosensoriska receptorer) och kombinerar sedan dessa komponenter i den slutliga modellen. För att kvantifiera bidraget från D2 (fig. S8), använde vi tillväxt vid 30 C (ingen låg temperatur hämning av tillväxt) (fig. S9) av alla genotyper, inklusive de stabiliserade phyB-varianterna och phyB-null-mutanten (D2 = 0). Att kvantifiera effekterna av temperatur som inte förmedlas av förändringar i D2 (fig. S9b), använde vi phyB mutant (ingen phyB-medierad inhibering) vid 1 occurmol m−2 s−1 (vid denna irradians, och vid 30 oc C är tillväxten maximal, vilket indikerar att andra fotoreceptorer inte ger ett starkt bidrag). För att kvantifiera bidraget från andra fotoreceptorer (fig. S10), använde vi phyB-mutanten (ingen phyB-medierad inhibering) vid ett intervall av bestrålningar vid 30 kcal C (Ingen lågtemperaturtillväxthämning). Den enda statistiskt signifikanta interaktionen mellan dessa termer var mellan D2 och temperatureffekter som inte medierades av förändringar i D2 (tabell S4). Därför var tillväxten i den slutliga modellen omvänt relaterad till termer som representerade D2: s handlingar, låga temperaturer (inte medierade av förändringar i D2), andra fotosensoriska receptorer och den synergistiska interaktionen mellan D2 och låg temperatur (inte medierad av förändringar i D2).

vi monterade sedan på modelltillväxten för alla 200 ljus-temperatur-genotypkombinationer. Förhållandet mellan observerade och förutsagda data visade ingen systematisk avvikelse från 1: 1-korrelationen för det olika ljuset (Fig. 3A), temperatur (Fig. 3B), eller genetiska varianter med förändrad PFR-stabilitet (Fig. 3C). Förutsagda data erhölls med D2-värden som påverkades av ljus, temperatur och genotyp. För att testa betydelsen av temperatureffekter som förmedlas av förändringar i status för phyB, omräknade vi tillväxten genom att använda D2 modifierad av ljus och genotyp men inte av temperatur (konstant 10 kcal C). Denna justering minskade tillväxten modell godhet passform (Fig. 3B, infälld), vilket indikerar att bidraget från FYB-medierade temperatureffekter på tillväxten är statistiskt signifikant och bör inte försummas. Eftersom vi uppskattade effekten av D2 med hjälp av data från en enda temperatur (fig. S8), vår tillväxtmodell bygger inte på antagandet att D2 förändras med temperaturen, vilket ger förtroende för att den senare slutsatsen är äkta.

vi använde tillväxtmodellen för att jämföra bidraget från var och en av de tre temperaturberoende termerna till hämning av tillväxt vid låga temperaturer. phyB-medierade effekter av temperatur bidrar till det totala temperaturresponsen (Fig. 3D). Effekterna var stora vid låga bestrålningar, minskade med mellanliggande bestrålningar (ljusreaktioner blir allt viktigare) och ökade igen vid högre bestrålningar eftersom nu D2 påverkar tillväxten starkare.

Fytokromer upptäcktes och har studerats på grundval av deras roller som ljusreceptorer i växter (6, 7). Men våra observationer att temperaturen förändrar mängden D2 för phyB (Fig. 1 och 2) och dess fysiologiska utgång på ett sätt som liknar ljus (Fig. 3) Ange att phyB också bör definieras som en temperatur cue receptor. phyB kräver ljus för att följa denna temperaturfunktion genom att behöva ljus för att initialt generera det instabila men bioaktiva Pfr-tillståndet. Temperaturen påverkar PFR-statusen för phyB huvudsakligen via kr1 i ljuset (Fig. 1) och via kr2 under natten (19). Receptorer aktiveras ofta av deras ligander; även om phyB aktiveras av rött ljus, inaktiveras det av långt rött ljus och höga temperaturer. Denna kombination av ljus och temperaturuppfattning skulle tjäna till att integrera signalerna som styr foto – och termomorfogenes på sätt som optimerar tillväxten av växter utsatta för ett brett spektrum av miljöer.

korrigering (17 November 2016): rapport: ”Phytokrom B integrerar ljus-och temperatursignaler i Arabidopsis” av M. Legris et al. (18 November 2016, s. 897). Detta dokument publicerades ursprungligen online som första utgåva den 27 oktober 2016. Denna information har återställts i slutet av artikeln.