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光信号的接收是由植物光受体负责完成,它们通过感知其生长环境中光的波长、强度和周期等的变化来调控植物的生长发育进程。不同光受体所感知的光的波长不同,其中,光敏色素是红光和远红光的主要光受体。在模式植物拟南芥中,光敏色素有5个成员,其中phyA是远红光信号主要的光受体,而phyB、phyC、phyD和phyE主要响应各类红光介导的反应。截止到目前,该领域的研究主要集中在phyA和phyB上,对phyC、phyD和phyE研究力度明显不足。通常认为phyC、phyD和phyE在光形态建成、开花及避荫性等方面的功能相对较弱,且与phyA或phyB存在功能冗余,但随着研究的不断深入,这一观点逐渐不被认可。研究发现,phyC能够独立于phyA和phyB信号途径,与cry2互作响应蓝光抑制下胚轴生长；phyE主要负责促进低温下(≤16℃)种子萌发。那么光敏色素D是否还参与了拟南芥其它发育过程,并且在功能上是否存在不同于其它光敏色素之处,目前尚未见专门的相关报道。因此,本文开展了对光敏色素D的功能及机理研究,力图发掘光敏色素D在拟南芥生长和发育中的独特功能。具体研究结果如下：1.在蓝光、红光和远红光下生长的幼苗中,光敏色素D基因的转录和Myc-PHYD融合蛋白的表达均高于黑暗中生长的幼苗；但是,不同光下生长的幼苗之间,光敏色素D基因的转录和Myc-PHYD融合蛋白的表达差异不显著。表明光敏色素D在不同光下的表达较稳定,均能发挥一定作用。2.在蓝光、红光和远红光下生长的PHYD..GUS转基因突变体幼苗,启动子的表达受光质影响,在不同组织的表达存在显著差异。光敏色素D基因启动子在黑暗中生长的幼苗中表达微弱；子叶中该启动子在红光条件下的活性最高,蓝光条件下次之,并且均略高于远红光条件；在下胚轴中该启动子的活性在蓝光条件下最高,远红光条件有较高丰度表达,红光条件下仅在下胚轴上部检测到GUS活性；在根中,蓝光和远红光下生长的幼苗根的上部可检测到启动子的微弱表达,红光下未见表达。3.光敏色素D协同光敏色素B抑制红光诱导的拟南芥下胚轴负向地生长反应,并且该抑制过程受光强的影响。4.光敏色素D抑制拟南芥主根伸长生长。对光敏色素D缺失及过表达突变体的分析结果表明,无论是在白光还是红光下,光敏色素D缺失促进主根生长,过表达后抑制主根的伸长生长；相同条件下光敏色素B缺失抑制主根生长,表明光敏色素D对根部的发育调控模式不同于光敏色素B。5.光敏色素DC-末端功能域负责光敏色素D的核定位,PHYD-CT514-GFP在黑暗和红光条件下均组成型定位于细胞核,且形成大量核体。本研究的亚细胞定位结果显示,PHYB-GFP与PHYD-GFP均受红光诱导进核,lHYB-GFP在细胞核中可形成核体,但在细胞核中,未观察到PHYD-GFP核体；PHYD-CT514-GFP无论是否受红光诱导,均组成型定位于细胞核,且均可观察到核体的形成,表明光敏色素D C-末端功能域与核体的形成有关；细胞核中始终未观察到PHYD-NT650-GFP荧光。本研究发现了光敏色素D参与抑制红光诱导的拟南芥负向地生长,且与光敏色素B协同抑制拟南芥的这一生长过程；同时,本研究结果还表明,光敏色素D通过抑制拟南芥根的伸长生长来调控根部发育；通过与PHYB-GFP的核定位方式比较,本研究发现,虽然PHYD-GFP与PHYB-GFP同样能够受红光诱导进核,但PHYD-GFP在细胞核中无核体形成；光敏色素DC-末端功能域组成型定位于细胞核且形成大量核体,表明光敏色素DC-末端具备生理活性,且与核体的形成有关。上述结果均暗示,光敏色素D在拟南芥发育中的机理既同光敏色素B存在相似之处,又存在明显差异,其详细机理有待深入研究。