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Nathan Rockwell
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Extensive remodeling of a cyanobacterial photosynthetic apparatus in far-red light

Fei Gan et al.Aug 22, 2014
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Making sure leftover light gets in Bacteria that harvest sunlight through photosynthesis are everywhere and are vital for absorbing carbon dioxide. Like plants in a jungle, these cells have to compete for access to light. Gan et al. found that one species of such cyanobacteria, Leptolyngbya , survives on the scraps of leftover light that other photosynthetic cells can't use. When the light is crowded out by competing organisms, Leptolyngbya changes the pathways in its cells that make the light-harvesting molecules and remodels them into structures that can use redder light at longer wavelengths that is unused by other cells. Science , this issue p. 1312
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Molecular Basis of Far-red Sensing in Cyanobacteriochrome

Sepalika Bandara et al.Jun 3, 2020
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Abstract Cyanobacteriochromes are small, panchromatic photoreceptors in the phytochrome superfamily that regulate diverse light-mediated adaptive processes in cyanobacteria. The molecular basis of far-red (FR) light perception by cyanobacteriochromes is currently unknown. Here we report the crystal structure of a far-red-sensing cyanobacteriochrome from Anabaena cylindrica PCC 7122, which exhibits a reversible far-red/orange photocycle. The 2.7 Å structure of its FR-absorbing dark state, determined by room temperature serial crystallography and cryo-crystallography, reveals an all-Z,syn configuration of its bound linear tetrapyrrole (bilin) chromophore that is less extended than the bilin chromophores of all known phytochromes. Based on structural comparisons with other bilin-binding proteins and extensive spectral analyses on mutants, we identify key protein-chromophore interactions that enable far-red sensing in bilin-binding proteins. We propose that FR-CBCRs employ two distinct tuning mechanisms, which work together to produce a large batho-chromatic shift. Findings of this work have important implications for development and improvement of photoproteins with far-red absorption and fluorescence. Significance Statement Phytochromes are well known far-red-light sensors found in plants that trigger adaptive responses to facilitate competition for light capture with neighboring plants. Red- and far-red-sensing are critical to cyanobacteria living in the far-red-enriched shade of plants. Here we report the crystal structure of a far-red-sensing cyanobacteriochrome, a distant cyanobacterial relative of phytochrome. These studies shed insight into the poorly understood molecular basis of far-red-sensing by phytobilin-based photoreceptors. Owing to the deep tissue penetration of far-red light, far-red-sensing photoreceptors offer promising protein scaffolds for developing gene-based photoswitches, optoacoustic contrast agents and fluorescent probes for in situ imaging and optogenetic applications.
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