光受体是光调控植物生长发育过程中的重要媒介，在植物整个生长周期中都起到关键作用。隐花色素Cryptochromes （CRYs）是一类广泛存在于动植物中的蓝光受体。在植物中，CRYs主要参与调控光形态建成、开花时间、生物节律性等重要生长发育过程。CRYs在植物中还发挥其他的功能，包括植物昼夜节律、气孔开放、根系生长、渗透胁迫反应、避荫、叶片衰老等的调节。

论文共同通讯作者、华中农业大学教授殷平介绍，CRYs有两个结构域，N端的PHR结构域及C端的CCE 结构域。CRYs的PHR结构域非共价结合一分子黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。CRYs被蓝光激活后会产生多种响应，包括FAD的光还原、寡聚化等等。蓝光激活的CRYs发生寡聚化是一种在进化上极为保守的现象，与生物体内CRYs的光反应特性高度相关。寡聚的CRYs蛋白可以与下游的转录因子（CIBs、PIFs、IAAs等）或生长调控因子（COP1/SPA1等）互作，从而调控植物的生长发育。得益于这种光调控的聚合性质，CRYs也被广泛应用于光遗传学中。但蓝光如何诱导CRYs发生寡聚化至今并不清楚。

在该研究中，研究者开发了一套方法，在制备冷冻电镜样品前用蓝光处理CRY2蛋白，在光照后极短的时间（<7s）内迅速将蛋白冷冻停留在寡聚激活状态。通过这种方法，成功解析了蓝光激活的CRY2四聚体状态的冷冻电镜结构，分辨率为3.1 Å。

通过与此前实验室报道的黑暗状态下单体CRY2的晶体结构比对以及化学计算，研究者发现，蓝光激活CRY2的FAD结合口袋的体积变大。通过一系列生化分析验证发现，FAD结合口袋的松弛会导致CRY2蛋白的寡聚化。

该研究阐明了CRY2光诱导寡聚化的分子机制，也阐明了FAD光还原如何导致其寡聚化的分子机理。2020年5月12日，该课题组在《自然—结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）上在线报道了BIC2蛋白抑制CRY2激活的分子机制。殷平说，这一系列的关于蓝光受体CRY2的激活和抑制研究将会促进深入理解植物光信号传导调控，为农业生产和粮食安全提供有用信息，也为CRYs在光遗传学操作中调控蛋白的开发提供了新的思路。

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https://doi.org/10.1038/s41477-020-00800-1