Nature子刊：解码光合作用的秘密语言

几十年来，科学家们一直被植物发出的启动光合作用的信号所困扰，光合作用是将阳光转化为糖的过程。加州大学河滨分校的研究人员现在已经解码了这些以前不透明的信号。

半个世纪以来，植物学家已经知道，植物细胞的指挥中心——细胞核——向细胞的其他部分发送指令，迫使它们进行光合作用。这些指令以蛋白质的形式出现，没有它们，植物就不会变绿或生长。

“我们的挑战是，细胞核编码了数百种蛋白质，这些蛋白质包含较小的细胞器的构建模块。确定哪些是触发光合作用的信号就像大海捞针一样，”加州大学圣地亚哥分校的植物学教授Meng Chen说。

Chen实验室的科学家们发现了其中四种蛋白质的过程。

此前，Chen的团队证明了植物细胞核中的某些蛋白质会被光激活，从而启动光合作用。这四种新发现的蛋白质是这种反应的一部分，它们发出信号，将小器官转化为叶绿体，从而产生促进生长的糖。

研究人员把整个光合作用过程比作交响乐。

“交响乐的指挥者是细胞核中被称为光感受器的蛋白质，它们对光有反应。我们在这篇论文中表明，红色和蓝色感光器都能启动交响乐。它们激活了编码光合作用组成部分的基因。”

在这种情况下，独特的情况是，交响乐在细胞的两个“房间”中由本地(核心)和远程音乐家演奏。因此，只存在于原子核中的导体(光感受器)必须远距离向位于远处的音乐家发送一些信息。这最后一步由四种新发现的从细胞核到叶绿体的蛋白质控制。

这项研究是由美国国立卫生研究院资助的，希望它能帮助治愈癌症。这一希望是基于植物细胞中的叶绿体和人类细胞中的线粒体之间的相似性。两种细胞器都为生长提供燃料，都含有遗传物质。

目前，许多研究描述了从细胞器到细胞核的通信。如果细胞器有问题，它们就会向细胞核“总部”发送信号。我们对从细胞核发送到细胞器的活动调节信号知之甚少。

“细胞核可能以类似的方式控制线粒体和叶绿体基因的表达，因此，我们从细胞核-叶绿体通信途径中学到的原理可能会进一步加深我们对细胞核如何调节线粒体基因及其在癌症中的功能障碍的理解。”

了解光合作用是如何被控制的意义不仅限于疾病研究。在另一个星球上的人类定居点可能需要室内农业，并创造一个光照方案来提高该环境的产量。更直接的是，气候变化给这个星球上的农作物种植者带来了挑战。

“我们能在这个星球上生存的原因是因为植物等生物可以进行光合作用。没有它们，就没有动物，包括人类。”“充分了解和控制植物生长的能力对粮食安全至关重要。”

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Anterograde signaling controls plastid transcription via sigma factors separately from nuclear photosynthesis genes