"We  think  that  without  the  knot,  the  protein  conformational  changes  (prompted  by  light)  would  be  too  floppy  to  be  efficiently  channeled  to  downstream  proteins,"  Forest  explains.  

Phytochromes  have  unique  properties  that  enable  them  to  switch  between  two  stable  states  that  sense  red  and  far-red  light.  The  light  is  actually  detected  by  a  specialized  pigment  that  sits  within  a  pocket  on  the  protein.  Red  and  far-red  light,  says  Forest,  have  the  effect  of  reversibly  changing  the  structure  of  the  pigment  in  the  pocket,  which  then  flips  a  switch  on  the  protein  to  trigger  the  events  of  growth  and  development.  

Intriguingly,  the  phytochrome  has  the  ability  to  store  the  light  it  has  detected,  initiating  a  response  days  after  it  is  sensed,  Vierstra  says.  "This  memory  allows  the  plant  to  predict  where  the  light  will  come  from  each  day  and  measure  the  length  of  daylight  so  that  they  flower  in  the  correct  season."  

By  deducing  the  architecture  of  the  phytochrome  protein,  according  to  Vierstra  and  Forest,  it  may  be  possible  to  engineer  and  introduce  into  crops  phytochromes  that  respond  to  different  wavelengths  of  light,  or  are  more  or  less  active.  These  changes,  in  turn,  could  allow  plants  to  grow  under  different  climate  regimes  or  flower  at  different  times  of  the  year,  for  example.  

Gaining  precise  control  over  flowering  events,  says  Vierstra,  is  a  key  to  the  success  or  failure  of  most  crops,  as  most  of  what  we  eat  comes  from  seeds  and  fruits  produced  by  flowers.  In  another  scenario,  it  may  be  possible  to  dampen  the  role  of  phytochromes  in  crop  plants  to  avoid  having  them  compete  with  each  other  for  light  when  grown  close  together  in  a  field.  

In  addition  to  Wagner,  Vierstra  and  Forest,  the  paper  was  authored  by  Joseph  S.  Brunzelle  of  Northwestern  University.  The  work  was  funded  primarily  by  the  National  Science  Foundation.  Funding  was  also  provided  by  the  U.S.  Department  of  Energy  and  the  W.M.  Keck  Foundation.