对植物而言，可见光是一种非常重要的环境信号。在生长发育过程中，植物体通过感知光信号，进行多种快速和慢速的生理反应，以更好地适应环境光刺激。这些生理反应包括光形态建成，向光性生长，叶绿体发育和运动，气孔开合等。为此，植物发育出一套复杂而精细的感受器来识别不同波段和强度的光信号。向光素(phototropin，phot)便是其中一类重要的UV-A/蓝光受体。拟南芥中向光素家族有两名成员:phot1和phot2，其中phot1能被微弱的蓝光激发，而phot2则被用于感受较强的蓝光信号。它们在细胞膜上感受到蓝光后，会进行自身磷酸化来起始信号传递。蓝光刺激会激发phot1分子间的相互作用，发生自身磷酸化，也能磷酸化一些下游信号分子如ABCB19(ATP-BINDINGCASSETTE B19)、PKS4(PHYTOCHROME KINASE SUBSTRATE4)等启动下游信号通路。在此过程中，phot1本身的定位也会因蓝光刺激而发生改变，比如它能通过clathrin介导的胞吞途径进入到细胞质中。目前，对于向光素的研究主要集中在信号传递机制，以及它们的结构和结构域的功能等方面。然而，蓝光对细胞质膜上的向光素的定位变化、动态性质及其中的调控机制还不明确。本研究首先通过可变角全内反射荧光显微镜(variable-angle total internal reflectionfluorescence microscopy，VA-TIRFM)，在高时空分辨率下检测了细胞质膜上的phot1被蓝光激活后发生的早期事件。　　1.phot1在暗培养和不同蓝光条件下动力学参数和寡聚化状态的变化。在暗培养条件下，静息状态的phot1-GFP存在一定的侧向扩散分布，并且主要以单体形式存在。通过设置三种蓝光强度对暗培养的幼苗进行相同时间的照射，发现蓝光处理会使phot1的扩散加快、扩散范围变大、二聚体比例增加、胞吞程度增加，并且这些参数的增加程度与蓝光剂量成正比。　　2.phot1的激酶活性影响其动力学，但不影响其聚合。对转化筛选phot1-5突变体背景下，稳定表达pPHOT1∷PHOT1D806N-GFP的拟南芥株系进行研究，证实D806N突变抑制了phot1的磷酸化活性和信号传递。在蓝光处理后，phot1D806N-GFP的侧向扩散和胞吞程度，与暗培养条件下相比并没有发生显著变化，而蓝光引发phot1D806N-GFP的二聚体比例显著上升的事件仍然出现。这些结果说明，phot1的聚合与其磷酸化活性无关，且发生在其自身磷酸化之前。　　3.膜微区参与phot1的激活。富含固醇类的膜微区可以通过改变一些膜蛋白的分布和活性，来稳定植物细胞和组织的极性。为了研究phot1蛋白与膜微区的关系，转化筛选了phot1-GFP和AtRem1.3-mCherry（一种公认的拟南芥细胞质膜上富含固醇类膜微区的标志性蛋白）的双色荧光蛋白标记材料。蛋白接近指数分析表明，phot1-GFP和AtRem1.3-mCherry存在共定位，蓝光刺激并不会使phot1-GFP和AtRem1.3-mCherry的共定位发生明显变化，表明phot1-GFP在膜微区的定位可能是组成型分布，并不会受到配体刺激的影响。而且，phot1-GFP的聚合可能发生在膜微区中。此外，MβCD抽提细胞质膜的固醇组分，会使phot1的运动加快，聚合程度、胞吞程度及磷酸化程度均降低，表明膜微区为phot1传递信号提供了结构平台。　　综上所述，本研究通过单分子分析，在高时空分辨率的水平上，揭示了膜上蓝光受体的动态变化规律，以及对其活性的调控机制。研究发现:(1) phot1-GFP的在细胞质膜上的运动以剂量依赖的模式受到蓝光的调控;(2) phot1的自身磷酸化发生在光诱导的受体聚合之后，经过自身磷酸化的phot1在膜上的扩散加快并且发生胞吞;(3)膜微区在phot1介导的信号传递过程中起着重要作用。这些结果表明，蓝光光子可能以一种物理性配体(physical ligand)的形式对其受体phot1产生作用，为研究phot1感知蓝光信号的细胞和分子生物学机制提供了新观点。