态学改变：下胚轴生长抑制、子 叶扩张和叶绿体发育。光抑制下胚轴的生长，刺激子叶的扩张，促进质体到叶绿体的转变 (Nemhauser J，2002)。拟南芥光受体隐花色素和光敏素介导了去黄化过程，主要是依赖于 对基因转录水平和转录后水平的调控来促进光形态建成（Jiao Y，2007)。对削弱了去黄化 响应的基因突变体进行遗传学分析，发现很多基因（如C0P1，SPA1，ΗΥ5/ΗΥΗ，HFR1，ΡΡ7， !11?1，3耶1，(》?3,3耶1，811'1，4了482等）参与了隐花色素调控的去黄化响应。除了0^1， SPAl ,ΗΥ5/ΗΥΗ，对于这些基因是如何参与隐花色素的功能还不是很清楚。
[0029] 光抑制下胚轴生长是研究去黄化的表征之一。隐花色素 CRYl的发现正是源于对 蓝光下下胚轴生长去抑制的突变体hy4的分析（Koornneef Μ，1980)。CRYl过表达植株呈 现对蓝光的高度敏感性，与野生型相比，在持续蓝光下出现短的下胚轴（Lin，1995)。CRY2 也参与了蓝光对下胚轴生长的调节，但是其作用相对于CRYl较弱，且主要是介导低强度蓝 光（< 10 μ Mm-2s-l)对下胚轴生长的抑制，有可能与CRY2在高强度蓝光下快速降解有关。 双缺失突变体crylcry2在持续蓝光下呈现出比隐花色素单缺失突变体cryl、cry2更长的 下胚轴，说明这两个隐花色素在介导蓝光抑制下胚轴生长中存在功能冗余（Mockler T C， 1999)。通过对野生型、双缺失突变体crylcry2、CRYl过表达植株的分析，发现CRYl主要介 导390-480nm UV-A和蓝光范围内的光响应（Ahmad M，2002)。
[0030] 对于隐花色素介导蓝光抑制下胚轴生长的细胞机制，Spalding与他的同事做了大 量研究，提出隐花色素激活了离子通道，导致质膜去极化，从而抑制细胞伸长（Spalding E， 1988 ;Cho M H，1996)。他们进一步提出核定位的CRYl介导了下胚轴生长和膜去极化的过 程。依赖核CRYl的质膜去极化在光照后的数秒内便发生，暗示其反应机制要远远快于转录 调控或者蛋白降解调控。另外，缺失突变体cryl、cry2、phyA和photl都呈现出减弱的蓝 光诱导的质膜去极化响应（Parks B M，1999;Folta K M，2001)。但是photl在蓝光下并没 有出现伸长的下胚轴。有可能Photl在介导蓝光对细胞伸长的影响中处于光响应的起始阶 段，而CRYl的功能在于保持蓝光对下胚轴生长的抑制（Parks B M，2001 ;Folta K M，2003)。
[0031] 光对下胚轴生长的调控主要还是通过基因调控的方式。大量研究表明，隐花色素 CRYl 能抑制 COPl 介导的转录因子的降解，如 HY5/HYH、HFRl (Osterlund M T，2000 ;Duek P D，2004)。这一类转录因子在黑暗中被降解，见光后，光受体（隐花色素或光敏素）抑制COPl 的活性，导致转录因子的累积，从而改变代谢酶类或信号蛋白的表达水平，如生长素、油菜 素类固醇、赤霉素、催化合成和降解细胞壁的代谢酶等等，能在一定程度上解释光对下胚轴 生长的影响。
[0032] 与光抑制下胚轴生长相反，光能促进子叶的阔张，促进子叶细胞的伸长。隐花色素 CRYl和CRY2共同介导了蓝光对子叶生长的影响，不同的是，胞质定位的CRYl介导这一应 答，而核内的CRY2参与了这一光响应（Wu G，2007)，不同位置的CRY介导同一响应让人费 解。隐花色素 CRYl介导了高低强度的蓝光对子叶阔张的影响，而CRY2则主要介导低强度 蓝光的响应，与抑制下胚轴生长情况类似（Lin，1998)。过表达CRYl或CRY2的转基因幼苗 在持续蓝光下呈现出比野生型更大的子叶，说明细胞内隐花色素的浓度影响了子叶阔张程 度。隐花色素介导蓝光抑制下胚轴生长，却又介导蓝光促进子叶阔张，说明隐花色素不同的 功能间存在不同的调控机制，或不同器官或组织的隐花色素具有不同的功能。
[0033] 除了对下胚轴和子叶的影响，隐花色素还能介导蓝光调节质体的发育、叶绿体的 生成，主要依赖对基因表达水平的调控，包括对编码质体蛋白的核基因及质体转录组的诱 导（Jiao Y，2007 ;Fuglevand G，1996 ;Thum K E，2001)，如 PSII 反应中心的蛋白 Dl，D2 编 码基因 psbA、psbD受核基因 SIG5的调控，而SIG5的表达受CRYl的介导在蓝光下增加。因 此，隐花色素通过调控质体转录需要的核基因的表达，从而调节叶绿体的发育。
[0034] 隐花色素除了促进拟南芥幼苗光形态建成，在植物的生长过程中还调控了光周期 控制的开花。cry2突变体在长日照条件下开花时间远远晚于野生型，但是在短日照下开花 时间不受影响，说明隐花色素 CRY2参与了对光周期控制的开花途径的调控（Guo H，1998)。 另外，有研究发现cry2正是早先筛选到的晚花突变体fha的等位基因，结合这些研究结果： cry与co、ft、gi -样，通过光周期途径调控开花（Guo H，1998 ;Koomneef M，1998)。通过 转基因拟南芥和大豆瞬时表达研究证明：大豆中的隐花色素 GmCRYla和GmCRY2a均参与光 形态成过程，GmCRYla的作用更明显；暗示了 GmCRYla对大豆光周期调控的开花途径起到重 要的作用（Zhang，2008)。
[0035] 隐花色素 CRY2蛋白水平在短日照下呈现出依赖蓝光的昼夜节律，而在长日照下 没有该现象，说明CRY2蛋白水平的变化有可能解释它参与光周期信号的机理（Mockler T， 2003)。对CRY2等位基因 EDI的分析，更支持了这一说法。EDI是在赤道附近热带群岛内拟 南芥Cvi生态型中筛选到的光周期不敏感早花数量性状基因座（Alonso-Bianco C，1998)。 QTL图谱定位将EDI定位到了 CRY2基因，从而发现V367M的点突变是造成EDI不依赖光周 期早花的原因，细胞内CRY2V367M蛋白比CRY2更为稳定。CRY2V367M蛋白的稳定性与不受 光周期的调节有可能解释了它不依赖于光周期的早花表型。
[0036] 隐花色素 CRYl有可能也影响拟南芥开花时间。一些实验条件下，cryl突变体 呈现出晚花的表型，但是也有一些实验条件下，cryl突变体开花时间与野生型没有差异 (Bruggemann E，1996 ;Blazquez M A，2003)。有可能是实验条件的略微差异造成的这种不 一致。因为蓝光下crylcry2双缺失突变体开花晚于单突变体和野生型，说明CRYl与CRY2 功能冗余，均能促进开花（Liu，2008)。另外，cry2突变体抑制了 phyB突变体早花的表型， 暗示CRY2与phyB在介导红光抑制开花中起相反的作用（Mockler T C，2002)。
[0037] 生物钟是生物体生命活动的内在节律性,它使生物体能够适应地球环境的变化， 保持大约24小时的昼夜循环以及一年的光周期循环（Harmer S L，2009)。生物钟调控了 植物的生长发育，促进了植物的适应性。生物钟同时受到环境的影响，光是其中之一，光信 号能够促进生物体的生物钟、生理活性与周围环境昼夜循环同步（Sancar A，2000)。科学 家们在拟南芥、果蝇和老鼠中陆续发现隐花色素在生物钟中扮演重要角色，隐花色素被认 为是一个主要的光受体或生物钟的内部成员促进光信号的传递（Emery P，1998 ;Somers D E，1998)。拟南芥隐花色素突变体削弱了生物钟对其下游基因的调控（Somers D E，1998)。 拟南芥cryl突变体在蓝光下呈现加长的生物钟周期，cry2突变体仅在低强度蓝光下呈现 略微缩短的生物周期，crylcry2双突变体在蓝光下呈现出加长的生物周期。除了生物周 期的改变，cryl Cry2并不影响节律，暗示拟南芥隐花色素并不是生物钟振荡器的内在成员 (Devlin P F，2000)。
[0038] 对于拟南芥隐花色素如何介导光对生物钟的影响还不是很清楚。有报道称隐花 色素有可能通过抑制COPl的活性从而影响ELF3和GI，进而调节光对钟的影响（Yu J W， 2008)。另外，已报道的光受体间的相互作用CRYl-phyA，CRY2-phyB，CRYl-ZTL和phyB-ZTL 有利于整合光信号共同影响生物钟（Jarillo J A，2001)。光受体介导光对生物钟的调控机 理还需要进一步研究。
[0039] 光影响保卫细胞的发育和气孔的开放。光对保卫细胞发育的影响是一个比较复 杂的过程，包括不对称细胞分裂的起始，前体细胞的增值，气孔保卫细胞的分化，气孔的形 成。研究表明蓝光、红光和远红光都能刺激保卫细胞的发育（Kang C Y，2009)。遗传学分 析表明隐花色素介导了蓝光刺激气孔的发育，且其调控途径不同于已知的LRR受体激酶、 MAPK和纵多转录因子相关的调控网络（Kang C Y，2009)。
[0040] 除了对气孔发育的影响，隐花色素还能介导光调节气孔的开放。我们知道光能够 促进气孔的开放，允许气体交换进行光合作用或蒸腾作用（Zeiger E，1977)。而向光素是调 控气孔开放的主要光受体，介导蓝光调节保卫细胞膜电位的去极化，导致水的流动和气孔 的开放（Schroeder J 1,2001)。最近的一些研究结果报道crylcry2双缺失突变体增加了 植物的干旱耐受力，是归于蓝光促使气孔的开放（Mao J，2005)。隐花色素的缺失降低了蓝 光下气孔的开放，而过表达CRYl增加了气孔的开放。在向光素双缺失突变体中残留的气孔 开放现象，在隐花色素和向光素四缺突变体中被消除了，并且，过表达CRYl于向光素双缺 失突变体中能够恢复气孔开放对蓝光的响应，暗示隐花色素确实参与了蓝光诱导气孔开放 的信号途径（Mao J，2005)。与去黄化响应一样，隐花色素对气孔的发育和开放的影响也依 赖于COPl，但是隐花色素/COPl、向光素调控途径间的相互关系、隐花色素/COPl与MPK途 径的相互关系目前还不是很清楚。
[0041] 早在1998年，Ahmad研究组发现隐花色素 crylcry2双缺失突变体缺乏依赖蓝光 的向光性，而CRYl过表达则加强向光性响应（Ahmad M，1998)。但随后有研究发现向光素而 非隐花色素主要介导了植物向光性（Christie J M，1998)。隐花色素 crylcry2双缺失突变 体、光敏素 PhyAphyB双缺失突变体降低了向光性，但是向光性的重要参数并没有很明显的 变化（Tsuchida-Mayama T，2010)。由此研究者们认为向光素介导了蓝光对向光性的影响， 促进气孔的开放、叶绿体的运动。隐花色素和光敏素有可能参与或协助了向光素的某些调 控（Whippo C W，2003)。最近有报道称隐花色素 CRYl、CRY2和光敏素 phyA正向调节RPT2 蛋白的积累、向光素依赖的生长素梯度的形成，促进向光性生长，同时也负调控依赖GA的 向光性抑制途径（Tsuchida-Mayama T，2010)。
[0042] 除了向光性，光还影响植物的向地性（Hangarter R Ρ，1997)。红光会影响拟南芥 下胚轴向地性生长，主要是通过光敏素介导（Robson P R，1996)。然而，蓝光对向地性的影 响往往会被向光性掩盖，因此这类实验分析需要在向光素突变的背景下进行。将隐花色素 CRYl或CRY2过表达到crylcry2photlphot2四缺突变体中，在蓝光下会出现随机的下胚轴 弯曲，而在黑暗下没有。这项实验证明，类似于光敏素介导红光抑制向地性，隐花色素介导 了蓝光对向地性的抑制（Ohgishi M，2004)。光受体介导的向地性有可能主要是通过光受 体调节荷尔蒙代谢、转运、信号传导基因的表达实现。例如，隐花色素介导蓝光抑制PGP19/ ABSB9基因的表达。PGP19/ABSB9基因编码了一个ABC型的生长素转运子，该转运子参与 了生长素的运输和向地性生长。遗传学分析表明PGP19在隐花色素上位（Nagashima A， 2008)。由此，隐花色素介导蓝光对PGP19基因表达的抑制解释了蓝光对向地性的影响。隐 花色素对向地性的响应也牵涉到COPl信号途径，copl突变体呈现出持续性光形态建成和 背地性表型（Cao D，2000 ;Yang，2000)。
[0043] 光能够调节根的发育，包括根的延伸、侧根的产生、质体发育和向性生长（Feldman L J，1984)。据报道蓝光刺激根的延伸，而隐花色素 CRYl介导了这一响应（Canamero R C， 2006)。CRY2在对根的生长调节中与CRYl的功能相反。另外，有研究表明胞质和核CRYl有 可能分别促进或抑制根的延伸（Wu G，2007)。除了对根细胞延伸的影响，蓝光还会影响根叶 绿体的发育，主要是通过CRYl介导（Usami T，2004)。
[0044] 迁徙动物如鸟类和昆虫类被认为能够感受地球磁场，由此能够辨别迁徙的方向。 动物的磁场感应依赖于光，目前研究认为光诱导光受体产生磁场响应的质子对，转移到神 经系统，使动物感受磁场的方向（Ritz T，2000)。在果蝇中该光受体被认为是隐花色素，且 隐花色素介导磁场感应的光化学机制不依赖于蛋白内色氨酸三联体电子传递和FAD光还 原反应（Gegear R J，2010)。科学家们也研究了植物对磁场的响应，发现磁场能够促进拟南 芥隐花色素 CRYl介导蓝光抑制下胚轴的生长、促进花青素的累积和依赖蓝光的CRY2的降 解，并且该反应依赖于FAD光还原光激活机制（Solov' yov I A，2007)。也有研究报道下胚 轴的生长、花青素的积累、相关基因的表达并不受到磁场强度的影响（Harris S R，2009)。 磁场对隐花色素介导蓝光响应的影响还需要进一步核实。
[0045] 研究发现在flu突变体背景下，拟南芥cryl突变体抑制依赖蓝光、ROS的细胞程序 性死亡（P⑶）（Danon A，2006)。flu突变体是在光合成色素和光敏素生色团叶绿素和蓝藻 胆素生物合成途径的研究中发现的（Meskauskiene R，2001)。当flu缺失后，光下生长的 突变体转移到黑暗下会积累更多的原叶绿素酸脂，当将此突变体重新放回到光下时，原叶 绿素酸脂分子会将光能转移到基态的氧促使氧到激发态。作为ROS的重要来源，氧促进了 P⑶，引起了经历光到黑暗再到光下的突变体flu的死亡（Op den Camp R G，2003)。flu突 变体PCD表型仅依赖于蓝光而非红光，由此科学家们想到了隐花色素有可能参与了 PCD的 调控。CRYl突变能够拯救flu突变体的P⑶表型，暗示CRYl介导了依赖蓝光的TCD过程， 有可能是通过诱导胁迫响应基因的表达从而放大P⑶过程（Danon A，2006)。
[0046] 除了以上依赖蓝光的功能，隐花色素还拥有蓝光非依赖的活性，例如介导红光和 远红光响应。cry2突变体幼苗在红光下呈现加长的生物钟周期，在远红光下出现下胚轴 延伸缺陷（Mas P，2000)。crylcry2双缺失突变体在其他光照条件下也呈现降低的子叶张 开度，CRY2Cvi生态型等位基因 CRY2V367M在远红光下呈现加强的子叶张开（Botto J F， 2003)。一般认为隐花色素不吸收长波长的光，但是隐花色素包含的生色团FAD拥有不同的 氧化还原态，它有可能吸收大于600nm的光（Henbest K B，2008;0zturk N等，2008)。因 此，不能排除其他光波长对隐花色素结构和功能的影响。另外，光受体之间的相互作用也解 释了光受体在不同光下的响应。
[0047] 拟南芥隐花色素 CRY经历了一系列生理生化反应，包括电子传递、磷酸化、泛素 化，改变蛋白构象传递蓝光信号。对于隐花色素光信号的传导途径，目前的研究主要提出了 两种方式：一种方式是隐花色素通过与转录因子CIB相互作用调控基因表达；另一种是隐 花色素通过与SPA1/C0P1复合体相互作用调节蛋白稳定性。以上两种信号传导途径都依赖 于蓝光依赖的蛋白相互作用调控基因表达，从而影响植物生长发育。
[0048] 拟南芥隐花色素传导途径中的信号蛋白包括：
[0049] (1)转录因子CIB
[0050] 2008年通过蓝光下的酵母双杂交筛选到第一个蓝光特异的隐花色素互作蛋白，定 义为CIBl (CRY-interacting bHLHl)。在酵母中，CIBl与CRY2的互作是蓝光波长特异的， 相互作用的强度依赖于蓝光强度，且依赖于生色团FAD。在暴露于蓝光下的拟南芥幼苗细胞 中可以检测到CIB1-CRY2复合体，而在红光下检测不到。在瞬时转录因子试验中CIBl行使 转录因子的功能依赖于隐花色素和蓝光。拟南芥CIBl在体外能够结合G-box (CACGTG)，在 体内能够影响G-box和E-box (CANNTG)的转录，说明CIBl体外结合DNA的活性以及体内转 录调节活性存在差异。一种可能的解释就是在体内CIBl与其他同家族基因（CIB3,4,5等） 形