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了解和预防黑腐病的希望正在上升

导读 卷心菜、萝卜和相关十字花科作物的黑腐病可能对适销对路植物的产量和生产造成灾难性后果。Xanthomonas campestris细菌是黑腐病的主要原因...

卷心菜、萝卜和相关十字花科作物的黑腐病可能对适销对路植物的产量和生产造成灾难性后果。Xanthomonas campestris细菌是黑腐病的主要原因,黑腐病通过延缓几种光介导的生物过程起作用。在这种生物延迟的背后是一个复杂的信号级联反应,由光敏色素等特殊蛋白质平衡。

光敏色素对于调节植物生长和发育很重要,就像光开关一样:它们监测落在植物上的光线并触发避荫等反应。它们的结构被组织成模块,当它们吸收两种特定波长的光(所谓的“红色”和“远红色”)时,这些模块会相互作用并改变形状。这是植物对光作出反应的关键因素。自从它们被发现以来,光敏色素也已在蓝细菌、无氧细菌和真菌中分离出来。

科学家们花了几十年的时间试图了解黄单胞菌引起疾病的能力,希望解开细菌感染过程和生命周期的机制细节,并确定一种治疗黑腐病的方法。当前研究的主要方向之一是了解负责这些过程的生物参与者的结构,包括光敏色素。然而,光敏色素是一个具有挑战性的目标,因为它们具有模块化结构,当它们感知光时,它们的模块变得灵活,并且蛋白质在被观察时会改变形状。

由阿根廷勒卢瓦基金会的 Hernán Bonomi 教授领导的研究小组阐明了光敏色素检测到的远距离信号是如何产生和传播的。这项工作于2021 年 11 月 26 日发表在《科学进展》杂志上。该团队是一个大型国际合作团队,包括来自阿根廷、法国和的研究人员。名古屋大学的 Leonard Chavas 教授提供了同步辐射和结构分析方面的专业知识。

世界范围内的几个研究小组对在分子水平上理解光敏色素表现出兴趣,并且已经解析了来自各种生物的大量光敏色素结构。然而,尽管文献中报道了大量的结构信息,但很难确定蛋白质的灵活结构。最重要的悬而未决的问题是,在光转换过程中,在光敏色素内观察到的长程结构变化如何从其感光模块传播到其“效应器模块”。当它接收到信号时,效应器模块呈现出理想的形状,以启动调节细菌对光的反应的级联反应。激活和非激活光态的原子级分辨率。

在他们的论文中,研究小组展示了黄单胞菌中光敏色素光传感器的完整特征。细菌,处于其两个关键的光敏状态(激活和未激活)。此外,构成蛋白质的模块的光诱导形状变化被描述为原子级分辨率,首次在该光感受器家族中突出了二级、三级和四级水平的显着结构重排。通过将这些结果与生化和计算研究相结合,提出了一种新的光活化模型,从发色团(蛋白质内能够接收红色(和“远红色”)的区域)的化学结构的变化来解释信号机制光并启动形状变化信号),不仅可以重构模块之间的相互作用,还可以重构蛋白质的组装方式。

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