Για να ξεκινήσουν τη φωτοσύνθεση, τα φυτά στέλνουν σήματα προς τον εαυτό τους. Το σήμα ενεργοποιεί την πολυμεράση RNA βακτηριακού τύπου (PEP) που κωδικοποιείται από πλαστίδιο για να μεταγράψει γονίδια φωτοσύνθεσης πλαστιδίων. Ωστόσο, η ταυτότητα του πρόσθιου σήματος πρέπει ακόμα να γίνει κατανοητή. Η κύρια πρόκληση ήταν η διάκριση των ρυθμιστών από την πληθώρα των απαραίτητων συστατικών για τη μεταγραφή πλαστιδίων και άλλες βασικές λειτουργίες χλωροπλάστη, όπως η φωτοσύνθεση.
Οι επιστήμονες στο UC Riverside έχουν τώρα αποκωδικοποιήσει αυτά τα προηγουμένως αδιαφανή σήματα.
Ο πυρήνας κωδικοποιεί εκατοντάδες πρωτεΐνες που περιέχουν δομικά στοιχεία για τα μικρότερα οργανίδια. Η κύρια πρόκληση ήταν να καθορίσουν ποιες είναι το σήμα για να ενεργοποιήσουν φωτοσύνθεση.
Προηγουμένως, οι επιστήμονες εντόπισαν συγκεκριμένες πρωτεΐνες στους πυρήνες των φυτών που ενεργοποιούνται από το φως, πυροδοτώντας τη φωτοσύνθεση. Σε αυτή τη μελέτη, οι επιστήμονες εντόπισαν τέσσερις πρωτεΐνες που αποτελούν μέρος αυτής της αντίδρασης. Αυτές οι πρωτεΐνες στέλνουν ένα σήμα που μετατρέπει τα μικρά όργανα σε χλωροπλάστες, οι οποίοι παράγουν σάκχαρα που τροφοδοτούν την ανάπτυξη.
Η καθηγήτρια βοτανικής του UCR Meng Chen είπε, «Οι αγωγοί της συμφωνίας είναι πρωτεΐνες στον πυρήνα που ονομάζονται φωτοϋποδοχείς που ανταποκρίνονται στο φως. Δείξαμε σε αυτό το άρθρο ότι και οι δύο φωτοευαίσθητοι φωτοϋποδοχείς εκκινούν τη συμφωνία. Ενεργοποιούν γονίδια που κωδικοποιούν τα δομικά στοιχεία της φωτοσύνθεσης».
Η ιδιαίτερη περίσταση, σε αυτή την περίπτωση, είναι ότι τόσο ντόπιοι (ο πυρήνας) όσο και απομακρυσμένοι μουσικοί διευθύνουν τη συμφωνία σε δύο ξεχωριστά «δωμάτια» μέσα στο κελί. Ως αποτέλεσμα, οι αγωγοί (φωτοϋποδοχείς), που υπάρχουν μόνο στον πυρήνα, πρέπει να μεταφέρουν κάποια μηνύματα στους μουσικούς που βρίσκονται μακριά. Οι τέσσερις πρόσφατα αναγνωρισμένες πρωτεΐνες από τον πυρήνα έως τους χλωροπλάστες ρυθμίζουν αυτό το τελικό στάδιο.
Chen είπε, «Επί του παρόντος, πολλές έρευνες περιγράφουν την επικοινωνία από τα οργανίδια πίσω στον πυρήνα. Εάν κάτι δεν πάει καλά με τα οργανίδια, θα στείλουν σήματα στο «αρχηγείο» του πυρήνα. Πολύ λιγότερα είναι γνωστά για τα σήματα ρύθμισης της δραστηριότητας που αποστέλλονται από τον πυρήνα στο οργανίδια. "
«Ο πυρήνας μπορεί να ελέγχει την έκφραση των γονιδίων των μιτοχονδρίων και των χλωροπλαστών με παρόμοιο τρόπο. Έτσι, οι αρχές που μαθαίνουμε από το μονοπάτι επικοινωνίας πυρήνα προς χλωροπλάστη μπορεί να βελτιώσουν την κατανόησή μας για το πώς ο πυρήνας ρυθμίζει τα μιτοχονδριακά γονίδια και τη δυσλειτουργία τους στον καρκίνο».
«Η σημασία της κατανόησης του πώς ελέγχεται η φωτοσύνθεση έχει εφαρμογές πέρα από την έρευνα ασθενειών. Οι ανθρώπινες οικισμοί σε άλλο πλανήτη πιθανότατα θα απαιτούσαν καλλιέργεια σε εσωτερικούς χώρους και δημιουργία ενός ελαφρού σχεδίου για την αύξηση των αποδόσεων σε αυτό το περιβάλλον. Ακόμα πιο άμεσα, της κλιματικής αλλαγής θέτει προκλήσεις για τους καλλιεργητές σε αυτόν τον πλανήτη».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Hwang, Υ., Han, S., Yoo, CY et αϊ. Η προκαταρκτική σηματοδότηση ελέγχει τη μεταγραφή πλαστιδίων μέσω παραγόντων σίγμα ξεχωριστά από τα γονίδια πυρηνικής φωτοσύνθεσης. Nat Commun 13, 7440 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
