恒磁场对拟南芥cryptochrome的磷酸化及其信号转导的影响

很多高等生物被发现具有磁场感受能力，尤其是一些具有迁徙习性的鸟，依靠地磁场来为迁徙定向和导航。但磁场感受机制以及磁场感受分子至今没被深入阐明。研究发现鸟的磁场感受需要蓝光，并在鸟眼的视网膜上发现一种蓝光受体cryptochrome。Cryptochrome参与磁场感受已得到初步的证实，但磁场如何影响cryptochrome以及cryptochrome是否是磁场感受分子还是尚未解决的问题。Cryptochrome的功能在拟南芥中已被深入的研究和分析，其功能的发挥需要蓝光激发后羧基端的磷酸化。本项目利用已有拟南芥cryptochrome研究的丰富信息研究零磁场、地磁场和500 μT恒磁场对拟南芥CRY1和CRY2磷酸化的影响，结合拟南芥的生长、表型，以及CRY1和CRY2信号转导相关基因的表达分析，以期揭示磁场对cryptochrome功能的影响，为其做为磁场感受分子提供直接证据。

很多动物具有地磁场感知能力并利用地磁场为自己远距离迁徙导航，生物体内所产生的自由基对可能是地磁场感知的感应器。一些鸟类对地磁场的感知位于眼内，且需要蓝光，由此一种蓝光受体cryptochrome被认为是磁场感知分子，但这一假设尚未得到直接证实。cryptochrome的功能在拟南芥中已被深入阐释，因此我们利用拟南芥研究磁场对cryptochrome的影响，发现磁场影响拟南芥cryptochrome的磷酸化，与地磁场对照相比，500 μT磁场增强蓝光诱发的CRY1和CRY2磷酸化，近零磁场减弱蓝光诱发的CRY2磷酸化。拟南芥在由蓝光转到黑暗环境后500 μT磁场减弱CRY1和CRY2的去磷酸化，近零磁场增强CRY1和CRY2的去磷酸化。500 μT磁场增强了蓝光对拟南芥下胚轴生长的抑制，对红光诱发的拟南芥下胚轴生长抑制无明显影响。近零磁场减弱了蓝光对拟南芥下胚轴生长的抑制。对红光诱发的拟南芥下胚轴生长抑制无明显影响。这说明磁场对拟南芥下胚轴生长的影响与蓝光相关。在不同磁场环境中对拟南芥进行全生育期培养时发现，12小时和6小时蓝光光周期下500 μT磁场中培养的拟南芥开花提前，在24小时光周期下500 μT磁场中生长的拟南芥开花与地磁场对照无明显差异。这说明500 μT磁场促进拟南芥开花，且这种作用与光周期相关，光周期越短差异越明显。蓝光下近零磁场中培养的拟南芥开花在不同的光周期下表现出不同的结果，24小时和12小时光周期下与地磁场对照无明显差异，而在6小时光周期下开花明显推迟，说明磁场减弱对拟南芥开花有一定程度的抑制，这种抑制作用与光周期相关。在白光下（16小时光/8小时暗）近零磁场中培养的拟南芥不仅开花延迟，结荚结实也明显减少。在500 μT磁场中生长的拟南芥体内花色素苷的积累明显增加，而叶绿素合成不受影响。近零磁场中拟南芥体内花色素苷积累明显较少，叶绿素合成不受影响。500 μT磁场对COP1和HY5基因的表达无显著影响，但明显促进CO和FT基因的表达。近零磁场对COP1和HY5基因的表达也无显著影响，但显著抑制CO和FT基因的表达。这些实验结果表明磁场影响cryptochrome的功能，并通过信号转导表现在拟南芥表型的改变上。