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Viele Aspekte der Photomorphogenese von Pflanzen werden durch die Phytochrom (Phy) Familie von Bilin-haltigen Photorezeptoren gesteuert, die rotes und fernrotes Licht durch Photointerkonversion zwischen einem dunkel-adaptierten Pr-Zustand und einem photoaktivierten Pfr-Zustand erkennen. Während 3D-Modelle prokaryotischer Phys verfügbar sind, bleiben Modelle ihrer pflanzlichen Gegenstücke schwer fassbar. Hier präsentieren wir die Kristallstruktur des Photosensormoduls (PSM) eines Samenpflanzen-Phy im Pr-Zustand unter Verwendung der PhyB-Isoform von Arabidopsis thaliana. Das PhyB-PSM kristallisierte als Head-to-Head-Dimer mit starker struktureller Homologie zu seinen bakteriellen Verwandten, einschließlich einer 5(Z)syn-, 10(Z)syn-, 15(Z)anti-Konfiguration des phytochromobilin Chromophors, das innerhalb der cGMP-Phosphodiesterase/Adenylylcyclase/FhlA (GAF) Domäne vergraben ist, und einer gut geordneten Haarnadel, die aus der Phy-spezifischen Domäne in Richtung des Bilin-Taschenprotokolls herausragt. Allerdings zeigen die Per/Arnt/Sim (PAS)-Domäne, der Knotenbereich und die helikale Achse deutliche strukturelle Unterschiede, die potenziell wichtig für die Signalübertragung sind. Enthalten sind eine verlängerte helikale Achse, ein erweitertes β-Faltblatt, das die GAF-Domäne und den Haarnadelstamm verbindet, sowie einzigartige Wechselwirkungen zwischen dem Bereich stromaufwärts des PAS-Domänenknotens und den Bilin A- und B-Pyrrolringen. Vergleiche dieser Struktur mit denen von bakteriellen Phys kombiniert mit mutagenen Studien unterstützen ein Toggle-Modell für die Photokonversion, das mehrere Merkmale innerhalb des PSM aktiviert, um die Pr- und Pfr-Endzustände nach der Drehung des D-Pyrrolrings zu stabilisieren. Zusammengenommen sollte diese Arabidopsis-PhyB-Struktur molekulare Einblicke in die Signalübertragung von Pflanzen-Phy ermöglichen und eine wesentliche Grundlage bieten, um ihre Aktivitäten zum Nutzen der Landwirtschaft und als optogenetische Reagenzien neu zu gestalten.
Burgie et al. (Mon,) haben diese Frage untersucht.