科学家知道，许多云顶国际(中国)官方网站都含有使它们能够感知光的蛋白质。这种能力有助于一些云顶国际(中国)官方网站利用光来获取能量。许多其他云顶国际(中国)官方网站不能利用光作为能量，但仍然可以感知光。这些非光合云顶国际(中国)官方网站如何从使用光信号中受益尚不清楚。
爱荷华州立大学的研究人员正在阐明光传感在这些简单生物体生命中的作用。科学家们发现，在植物和土壤中生长的几种云顶国际(中国)官方网站可以利用光来预测环境中即将发生的、可能致命的水流失。
灯光作为提示
在光照开始时，甚至在变暖和蒸散开始之前，云顶国际(中国)官方网站就会表达基因，使它们能够积累化合物，以保护自己免受水分流失，为日常变暖和干燥条件做好准备。
“我们倾向于认为云顶国际(中国)官方网站是一类简单的生物体，只会对环境做出反应，”爱荷华州立大学罗伯特·厄尔·布坎南研究和命名云顶国际(中国)官方网站学杰出教授格温·A·贝蒂 (Gwyn A. Beattie) 说。 “这项工作展示了通常不归因于云顶国际(中国)官方网站的复杂程度。我们记录了我们研究的云顶国际(中国)官方网站使用光作为提示，预测了一些事情 即将发生的事情，他们学到的事情几乎每天都会发生。”
Beattie 领导的研究团队最近在美国国家科学院院刊。该团队包括当时在建明工业公司工作的遗传学博士生布里奇特·哈特菲尔德（Bridget Hatfield）和植物病理学、昆虫学和微生物学研究科学家布里亚·拉萨尔（Breah LaSarre）。该项目的其他合作者包括爱荷华州立大学前博士后 Haili Dong 和 Meiling Liu，以及统计系主任、杰出教授、生物统计劳伦斯·贝克 (Laurence H. Baker) 主席 Dan Nettleton。
他们正在学习丁香假单胞菌，一种常见于植物叶子的云顶国际(中国)官方网站物种。 它经常被卷入空中并移动很长的距离，在云层甚至冰川中都被发现过。在所有这些环境中，云顶国际(中国)官方网站都会暴露在光线和湿度的日常变化中。
发现时刻
Beattie 表示，这项研究最初是出于纯粹的好奇心，他的基础研究通常侧重于试图了解云顶国际(中国)官方网站如何与其环境相互作用。她正在研究云顶国际(中国)官方网站中的基因，试图找出它们在不同环境中如何以及为何以不同方式表达基因。
随着她和她的研究生不断深入研究丁香假单胞菌基因组，他们有一些令人惊讶的发现时刻。其中之一是寻找光敏蛋白。第二个是这些蛋白质影响帮助云顶国际(中国)官方网站在干燥时期生存的基因的表达。
“我们首先想象生活在植物叶子上的露水中的云顶国际(中国)官方网站会同时经历阳光和晨露的蒸发，这使得我们不清楚它们如何从感知光中受益，”贝蒂说。 “但是，在‘顿悟’时刻，我们意识到云顶国际(中国)官方网站可能会激活变化，因为 光线照射在树叶上， 前叶子变热并发生蒸发。”
“为了证实这一发现，我们进行了实验来检查并反复检查我们的结果，以说服自己这些事情并不是同时发生的。”
他们的实验包括在凌晨 4:30 爬到农学大楼的屋顶，这一天预计没有云。他们将用于测量模拟树叶的光和蒸发的设备拖到一个干净的地方，那里早晨的光线不会被阴影遮挡。
“时间还早，而且天气很冷。但这是值得的，”拉萨尔说。 “我们向自己证明，云顶国际(中国)官方网站的反应实际上是基于离散事件——第一次暴露在光下，然后暴露于干燥。”
事实上，他们最终了解到光影响了微生物近三分之一的基因，这表明这种反应在其进化史上具有重要意义。他们假设，这种在干燥事件之前先发制人地对光作出反应的能力使云顶国际(中国)官方网站具有生存的竞争优势。
“这一发现令人兴奋，”布雷说。 “许多人认为云顶国际(中国)官方网站正在进化出预期策略来提高它们的适应性，但很少有实验数据清楚地证明这一点。这有助于建立案例。”
该项目得到了美国农业部国家粮食和农业研究所通过其农业食品研究计划以及与国家科学基金会的联合项目提供的竞争性拨款的支持。
Beattie 表示，这一发现对未来的应用研究具有广泛的影响。例如，她想更多地了解其他云顶国际(中国)官方网站共享这种利用光作为提示的能力的范围有多大。
“了解其他微生物如何进化为利用光来发出其他即将到来的压力或机遇的信号，这将会很有趣。或者它们可能完全使用不同的信号，”她说。 “这可以为研究如何利用这些类型的微生物反应来开发更智能、更可持续的作物保护产品提供信息，例如在应用于田间之前使用闪光来激活保护功能的微生物产品。”
联系人
Gwyn Beattie，植物病理学、昆虫学和微生物学，515-294-5571，gbeattie@iastate.edu
Ann Y. Robinson，农业和生命科学通信服务中心，515-294-3066，ayr@iastate.edu