隐花色素CRY是一类进化上保守的黄素蛋白，具有多种生物学功能。

在动物体内，CRY起着调节昼夜节律的功能。在植物体内，CRY调节植物生长发育的多个方面，包括下胚轴的伸长和开花起始。

CRY蛋白由进化上保守的N端光裂解酶同源PHR结构域和长度可变的C端CCT结构域组成。

PHR结构域结合发色团FAD，吸收蓝光而被活化，进而发生与下游蛋白的互作，传递光信号。

然而，植物CRY蛋白如何被蓝光激活，并最终促成与下游蛋白互作这一关键科学问题一直悬而未解。

科研人员利用昆虫细胞表达系统重组表达了植物来源的多种CRY蛋白，体外重构了植物CRY蛋白的光活化过程。

进而，采用单颗粒冷冻电镜和X射线晶体学方法，解析了拟南芥生理状态组成激活型突变体AtCRY2W374A蛋白和玉米ZmCRY1cW368A（及ZmCRY1a）蛋白N端PHR结构域的二聚体和四聚体结构（CRY-PHR）。

基于结构上的发现，研究人员开展了体外生化分析与体内生理实验，证实了同源二聚体是植物CRY的活性形式，四聚体则是由二聚体进一步二聚化形成。

研究人员通过将获得的激活态CRY-PHR结构与之前报道的非激活态结构进行比较，阐释了CRY激活过程构象变化。

最后，研究人员总结提出了植物光受体CRY介导的光信号传递主要包括蓝光诱导光还原、构象变化形成活性二聚体、结合下游蛋白传递光信号三个分子过程。

植物蓝光受体CRY-PHR激活状态二聚体三维结构(a)及光信号传递的分子过程(b)

任何影响上述三个过程的突变，或者调控蛋白（如BIC可抑制二聚体形成，这一猜测被同期发表的另一篇研究论文所证实）都会影响植物光信号的传递过程。

值得注意的是，基于序列的比对结果显示这一机制很可能仅在植物中广泛存在。

该项研究不仅揭示了植物光受体CRY光激活的分子机制，而且为CRY作为光遗传学领域光控开关的设计与应用奠定了重要分子基础。

中科院分子植物科学卓越创新中心张鹏研究组博士研究生邵凯、张雪和刘宏涛研究组李旭博士为该项工作的共同第一作者，张鹏研究员和刘宏涛研究员为论文的共同通讯作者。

该项工作得到了国家重点研发计划、中科院分子植物先导B项目、国家自然科学基金、上海市科委等的共同资助。

冷冻电镜数据收集和样品分析得到了清华大学、国家蛋白质中心（上海）和浙江大学冷冻电镜平台的大力支持，晶体衍射数据收集得到了上海同步辐射光源BL19U1线站和中科院分子植物卓越中心公共技术服务中心的支持和帮助。（黄辛 杨正行）

相关论文信息：

DOI：10.1038/s41594-020-0420-x