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科学家们已经弄清楚了植物是如何对光做出反应的，并且能够翻转这种基因开关来促进食物的生长。这一发现可能有助于在农业机会日益减少的情况下增加人口的粮食供应。
由加州大学河滨分校领导的关于这种基因开关的研究现已发表在《自然通讯》杂志上。
几乎植物生长发育的每个方面都受到光的影响。植物能够通过一种叫做光敏色素B的蛋白质感知光和温度。这种蛋白质将光信息传递到细胞中，从而改变基因组的表达，改变植物的生长。然而，光敏色素B不能直接与植物的DNA相互作用。为此，植物细胞依赖一个由八种蛋白质组成的家族，称为PIFs。
“这些PIF的活性直接受光敏色素控制，”该研究的主要作者、加州大学植物学教授陈孟（Meng Chen）说。除了控制植物细胞中积累的PIF数量外，科学家们还发现，当光敏色素B被光激活时，它会抑制PIF的活性。
“首席执行官就像餐馆里的厨师。你可以控制他们的数量。例如，去掉一半，你会降低餐馆的生产率，”陈晓明解释道。“或者，你可以把所有的厨师都留在我们的情况下，但要把他们的手绑起来。这也会减慢他们的工作速度，就像把他们中的一半除掉一样。这就是我们要说的。”
科学家们还发现了植物光反应的另一个关键组成部分。PIF分为两部分；一部分与基因结合，另一部分激活基因，这些基因告诉植物执行不同的功能，如生长或开花。这项研究首次在植物细胞中发现了这些激活区的精确位置。
为了找到这个激活区，陈的研究小组将蛋白质切成许多小块。然后，他们检查了这些片段中是否有能够激活基因的片段，发现其中一个片段是。为了获得更详细的信息，科学家们随后改变了PIF上的氨基酸，他们认为激活区位于PIF上，并观察了植物的反应。这使他们能够确定基因激活区的位置以及它是如何构建的。
“这一方法让我们意外地认识到植物中PIF的这一部分与人类肿瘤抑制蛋白之间的相似性，”陈说。事实上，陈说，植物、酵母和动物细胞中的基本基因激活机制彼此有着显著的相似性。
“植物、动物和真菌（如面包酵母）都是从一个共同的祖先进化而来的，”陈说。在植物、动物和真菌分化之前，DNA中的遗传信息转化为RNA到蛋白质，而这一基本功能通过这些基因激活剂在三个生命王国中得以保存
研究这些细胞功能的最大原因之一是操纵它们。在这种情况下，这一发现可以让科学家打开和关闭与光和温度相关的基因，从而使作物种植者受益。
提高作物产量的部分策略是每英亩土地种植更多的植物。目前，如果你把作物放得太近，植物可以通过树荫“看到”相互竞争的邻居。然后，植物将使用更多的能量朝着光的方向长高，但不一定是为了最大限度地提高叶片生长和种子产量。
或者，如果植物可以忽略它们的邻居，专注于叶子和种子的生产，而不是长高，种植者可以在相同的面积上增加产量。
“你不想只让茎生长，你想要的是产量，”陈说。“因此，植物需要能量来制造叶子，以便它们能够增加光合作用，这是一个利用阳光制造食物的过程。你需要植物正确的部分生长。”
陈的研究小组证明，通过降低PIF蛋白的活性，它们可以减缓茎的生长。因此，这项研究揭示了一种精确的方法，可以使植物生长得更短，从而使植物的种子、果实和可食用部分甚至在阴凉处也能生长。
“现在我们知道了植物是如何根据光照和温度的变化来打开和关闭基因的，”陈说。“这是控制它们对光照和温度的反应，使它们在不断变化的气候中更能忍受不同的、有时具有挑战性的环境的第一步。”
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