For at begynde fotosyntesen sender planterne anterograde signaler til sig selv. Signalet aktiverer den plastid-kodede bakterie-type RNA-polymerase (PEP) til at transskribere plastid-fotosyntesegener. Identiteten af anterogradsignalet mangler dog stadig at blive forstået. Den største udfordring har været at skelne regulatorer fra overfloden af nødvendige komponenter til plastidtranskription og andre essentielle chloroplastfunktioner, såsom fotosyntese.
Forskere ved UC Riverside har nu afkodet de tidligere uigennemsigtige signaler.
Kernen koder for hundredvis af proteiner, der indeholder byggesten til de mindre organeller. Den største udfordring var at afgøre, hvilke der er signalet til dem om at udløse fotosyntese.
Tidligere identificerede forskere specifikke proteiner i plantekerner, der aktiveres af lys, hvilket udløser fotosyntese. I denne undersøgelse identificerede forskere fire proteiner, der er en del af denne reaktion. Disse proteiner sender et signal, der omdanner små organer til kloroplaster, som genererer vækstfremmende sukkerarter.
UCR botanik professor Meng Chen sagde, “Symfoniens ledere er proteiner i kernen kaldet fotoreceptorer, der reagerer på lys. Vi viste i dette papir, at både røde og blå lysfølsomme fotoreceptorer initierer symfonien. De aktiverer gener, der koder for byggestenene i fotosyntesen."
Den særlige omstændighed i dette tilfælde er, at både lokale (kernen) og fjerntliggende musikere dirigerer symfonien i to separate "rum" i cellen. Som følge heraf skal lederne (fotoreceptorerne), som kun er til stede i kernen, formidle nogle budskaber til de musikere, der befinder sig langt væk. De fire nyligt identificerede proteiner fra kernen til kloroplasterne regulerer denne sidste fase.
Chen sagde, ”I øjeblikket beskriver meget forskning kommunikation fra organeller tilbage til kernen. Hvis der er noget galt med organellerne, sender de signaler til kernens "hovedkvarter". Meget mindre er kendt om de aktivitetsregulerende signaler, der sendes fra kernen til organeller".
"Kernen kan kontrollere ekspressionen af mitokondrie- og kloroplastgener på samme måde. Så de principper, vi lærer fra kerne-til-chloroplast-kommunikationsvejen, kan måske fremme vores forståelse af, hvordan kernen regulerer mitokondrielle gener og deres dysfunktion i kræft."
"Betydningen af at forstå, hvordan fotosyntesen styres, har anvendelser ud over sygdomsforskning. Menneskelige bosættelser på en anden planet ville sandsynligvis kræve indendørs landbrug og skabe en let ordning for at øge udbyttet i det miljø. Endnu mere umiddelbart, klima forandring udgør udfordringer for afgrødeavlere på denne planet."
Journal Reference:
- Hwang, Y., Han, S., Yoo, CY et al. Anterograd signalering kontrollerer plastid-transkription via sigma-faktorer adskilt fra nukleare fotosyntesegener. Nat Commun 13, 7440 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
