卷心菜、蘿卜和相關十字花科作物的黑腐病可能對適銷對路植物的產量和生產造成災難性后果。Xanthomonas campestris細菌是黑腐病的主要原因，黑腐病通過延緩幾種光介導的生物過程起作用。在這種生物延遲的背后是一個復雜的信號級聯(lián)反應，由光敏色素等特殊蛋白質平衡。
光敏色素對于調節(jié)植物生長和發(fā)育很重要，就像光開關一樣：它們監(jiān)測落在植物上的光線并觸發(fā)避蔭等反應。它們的結構被組織成模塊，當它們吸收兩種特定波長的光(所謂的“紅色”和“遠紅色”)時，這些模塊會相互作用并改變形狀。這是植物對光作出反應的關鍵因素。自從它們被發(fā)現(xiàn)以來，光敏色素也已在藍細菌、無氧細菌和真菌中分離出來。
科學家們花了幾十年的時間試圖了解黃單胞菌引起疾病的能力，希望解開細菌感染過程和生命周期的機制細節(jié)，并確定一種治療黑腐病的方法。當前研究的主要方向之一是了解負責這些過程的生物參與者的結構，包括光敏色素。然而，光敏色素是一個具有挑戰(zhàn)性的目標，因為它們具有模塊化結構，當它們感知光時，它們的模塊變得靈活，并且蛋白質在被觀察時會改變形狀。
由阿根廷勒盧瓦基金會的 Hernán Bonomi 教授領導的研究小組闡明了光敏色素檢測到的遠距離信號是如何產生和傳播的。這項工作于2021 年 11 月 26 日發(fā)表在《科學進展》雜志上。該團隊是一個大型國際合作團隊，包括來自阿根廷、法國和的研究人員。名古屋大學的 Leonard Chavas 教授提供了同步輻射和結構分析方面的專業(yè)知識。
世界范圍內的幾個研究小組對在分子水平上理解光敏色素表現(xiàn)出興趣，并且已經(jīng)解析了來自各種生物的大量光敏色素結構。然而，盡管文獻中報道了大量的結構信息，但很難確定蛋白質的靈活結構。最重要的懸而未決的問題是，在光轉換過程中，在光敏色素內觀察到的長程結構變化如何從其感光模塊傳播到其“效應器模塊”。當它接收到信號時，效應器模塊呈現(xiàn)出理想的形狀，以啟動調節(jié)細菌對光的反應的級聯(lián)反應。激活和非激活光態(tài)的原子級分辨率。
在他們的論文中，研究小組展示了黃單胞菌中光敏色素光傳感器的完整特征。細菌，處于其兩個關鍵的光敏狀態(tài)(激活和未激活)。此外，構成蛋白質的模塊的光誘導形狀變化被描述為原子級分辨率，首次在該光感受器家族中突出了二級、三級和四級水平的顯著結構重排。通過將這些結果與生化和計算研究相結合，提出了一種新的光活化模型，從發(fā)色團(蛋白質內能夠接收紅色(和“遠紅色”)的區(qū)域)的化學結構的變化來解釋信號機制光并啟動形狀變化信號)，不僅可以重構模塊之間的相互作用，還可以重構蛋白質的組裝方式。
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