لبدء عملية التمثيل الضوئي، ترسل النباتات إشارات تقدمية إلى نفسها. تعمل الإشارة على تنشيط بوليميريز الحمض النووي الريبي البكتيري المشفر بالبلاستيد (PEP) لنسخ جينات التمثيل الضوئي البلاستيدي. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى فهم هوية الإشارة التقدمية. كان التحدي الرئيسي يتمثل في التمييز بين الهيئات التنظيمية وعدد كبير من المكونات الضرورية لنسخ البلاستيدات وغيرها من وظائف البلاستيدات الخضراء الأساسية، مثل عملية التمثيل الضوئي.
لقد قام العلماء في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد الآن بفك تشفير تلك الإشارات التي كانت مبهمة سابقًا.
تقوم النواة بتشفير مئات البروتينات التي تحتوي على وحدات بناء للعضيات الأصغر. كان التحدي الرئيسي هو تحديد أي منها هي الإشارة التي يجب تشغيلها التركيب الضوئي.
في السابق، حدد العلماء بروتينات معينة في نواة النبات يتم تنشيطها بواسطة الضوء، مما يؤدي إلى عملية التمثيل الضوئي. وفي هذه الدراسة، حدد العلماء أربعة بروتينات تشكل جزءًا من هذا التفاعل. ترسل هذه البروتينات إشارة تحول الأعضاء الصغيرة إلى البلاستيدات الخضراء، التي تولد السكريات التي تغذي النمو.
وقال منغ تشين، أستاذ علم النبات في جامعة كاليفورنيا، "موصلات السيمفونية هي بروتينات في النواة تسمى المستقبلات الضوئية التي تستجيب للضوء. لقد أظهرنا في هذه الورقة أن المستقبلات الضوئية الحساسة للضوء الأحمر والأزرق هي التي تبدأ السيمفونية. إنها تنشط الجينات التي تشفر اللبنات الأساسية لعملية التمثيل الضوئي.
الظرف الخاص، في هذه الحالة، هو أن كلا من الموسيقيين المحليين (النواة) والبعيدين يقودون السيمفونية في "غرفتين" منفصلتين داخل الخلية. ونتيجة لذلك، يجب على الموصلات (المستقبلات الضوئية)، الموجودة فقط في النواة، نقل بعض الرسائل إلى الموسيقيين الموجودين في أماكن بعيدة. البروتينات الأربعة التي تم تحديدها مؤخرًا من النواة إلى البلاستيدات الخضراء تنظم هذه المرحلة النهائية.
تشين محمد, "حاليًا، تصف الكثير من الأبحاث التواصل من العضيات إلى النواة. إذا كان هناك خطأ ما في العضيات، فإنها ترسل إشارات إلى "المقر الرئيسي" للنواة. لا يُعرف الكثير عن الإشارات المنظمة للنشاط المرسلة من النواة إلى العضيات".
"قد تتحكم النواة في التعبير عن جينات الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء بالمثل. لذا، فإن المبادئ التي نتعلمها من مسار الاتصال من النواة إلى البلاستيدات الخضراء قد تعزز فهمنا لكيفية تنظيم النواة لجينات الميتوكوندريا واختلال وظائفها في السرطان.
"إن أهمية فهم كيفية التحكم في عملية التمثيل الضوئي لها تطبيقات تتجاوز أبحاث الأمراض. من المحتمل أن تتطلب المستوطنات البشرية على كوكب آخر زراعة داخلية وإنشاء مخطط ضوئي لزيادة الإنتاجية في تلك البيئة. وعلى الفور أكثر، تغير المناخ يشكل تحديات لمزارعي المحاصيل على هذا الكوكب.
المرجع مجلة:
- هوانج، واي، هان، إس، يو، سي واي وآخرون. تتحكم الإشارات التقدمية في نسخ البلاستيدات عبر عوامل سيجما بشكل منفصل عن جينات التمثيل الضوئي النووي. نات كومون 13 ، 7440 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
