深大团队破解玉米“防晒”密码！蓝光助其抵御紫外线损伤
玉米是全球产量最高的粮食作物，它喜欢阳光，但也怕太晒。田间强烈阳光中的紫外线（尤其是UV-B），会损伤叶片光合系统、损伤DNA、造成ROS胁迫、降低产量。不过，玉米有自己的“防晒霜”——叶片表面的表皮蜡质层，能反射、吸收大部分紫外线。这层“防晒霜”的成分和厚度受光照调控，但光调表皮蜡质的机制还是未解之谜。
近日，深圳大学生命与海洋科学学院院长、刘宏涛特聘教授团队，联合中国科学院分子植物科学卓越创新中心张鹏研究员团队，在《Nature Communications》《Science Advances》同期发表研究论文，首次揭开了这一秘密：玉米体内的蓝光受体ZmCRY1s，能感知蓝光信号，调整表皮蜡质“配方”与合成量，大幅提升玉米抗紫外能力。该成果不仅解析了植物抗逆的新机制，更蕴含多重创新突破，为培育更耐晒的高光效玉米品种提供了关键靶点。
蓝光受体：玉米的“防晒指挥家”
正常玉米遇蓝光，中胚轴（种子发芽时在土壤中伸长的部分，见光后伸长被抑制）会缩短，表皮蜡质增厚伴随成分变化。玉米感知蓝光的“眼睛”中包含3个ZmCRY1（ZmCRY1a、ZmCRY1b、ZmCRY1c）和1个ZmCRY2。团队通过基因编辑构建“CRY全部失效”的玉米突变体（cry-q），再对比正常玉米和“视力更好的”CRY超表达玉米，发现：正常玉米遇蓝光中胚轴会缩短、增厚表皮蜡质；而随着蓝光“视觉”能力的下降，cry-q材料不仅对蓝光不灵敏，也极怕紫外线；CRY超表达玉米则获得更强的“防晒力”，更关键的是，蓝光会让玉米蜡质中C32醛大量增加，C32醛是玉米蜡质组分走向成熟的一个关键中间产物，且其积累依赖ZmCRY1s的“指挥”，突变体即便是见了蓝光也很难合成C32醛。
A、CRYs的进化树分析；B、ZmCRY1c-PHR的结构
ZmCRYs共同参与蓝光信号的光形态建成
分子搭档：蓝光下的“蛋白协作”
ZmCRY1s如何“指挥”C32醛生成？团队找到了其“合作伙伴”—— GLOSSY2（GL2）蛋白。
GL2本是合成蜡质原料（超长链脂肪酸）的关键蛋白，黑暗中会与KCS6蛋白合作，合成超长链脂肪酸；而蓝光激活ZmCRY1s后，会与KCS6竞争（二者在GL2上的结合界面重叠度达78%），“抢过”GL2形成新搭档，转而合成C32醛，让蜡质“配方”升级、防晒力倍增。
为看清这一过程，团队还解析了ZmCRY1s与GL2结合的2.8 Å三维结构（发表于《Science Advances》），如同拍下“蛋白手拉手”的高清照，证实了蓝光对二者协作的关键作用，更揭示了竞争性结合的结构基础。
A、ZmCRY1c-GL2结构解析；B、ZmCRY1c与KCS6竞争性结合GL2的结构基础（二者在GL2上的结合界面重叠度达78%）
A、ZmCRY有助于抵抗紫外线对光合系统的损伤；B、ZmCRYs提高玉米的紫外抗性；C、ZmCRYs调控蜡质合成、提高玉米紫外抗性的机制
核心创新与应用价值
一、突破传统调控范式：首次发现植物光受体可直接结合代谢酶调控代谢过程，打破了光信号常规通过基因表达调控代谢的经典框架，ZmCRY1s无需依赖转录环节，直接与GL2互作切换代谢流向，实现光信号到代谢反应的快速、精准传递，为理解植物环境适应的高效调控机制提供了全新范式。也启发我们，人和动物中可能存在类似的光直接调控代谢的机制。
二、破解领域核心谜题：明确ZmCRY1s-GL2直接互作介导C32醛积累的分子机制，为植物超长链脂肪醛合成这一长期未决的研究难题提供了关键分子线索。
三、阐明全链条结构基础：通过2.8 Å分辨率晶体结构解析，完整呈现光受体从感受蓝光信号、构象改变、形成4:4异源八聚体复合物，到与代谢酶互作、竞争结合GL2的全流程结构变化，为光信号-代谢调控的直接关联提供了原子级证据。
四、赋能作物抗逆育种：揭示的ZmCRY1s-GL2调控模块，为改良玉米等作物的UV-B耐受性提供精准靶点，为高温、高光、强紫外辐射地区培育稳定高产品种提供技术支撑，有效应对全球气候变化带来的农业挑战。
该研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金支持，深圳大学赵志伟副研究员、中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后冯帆、刘亚琪及副研究员刘亚文为共同第一作者，刘宏涛教授为通讯作者。深大团队长期聚焦植物“环境适应机制”，此次成果进一步拓展了植物光信号调控的研究领域，也为深圳大学在农业生物技术研究再添新彩。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-67587-7
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz0136