Fotosynteesin aloittamiseksi kasvit lähettävät anterogradisia signaaleja itselleen. Signaali aktivoi plastidin koodaaman bakteerityyppisen RNA-polymeraasin (PEP) transkriptoimaan plastidin fotosynteesigeenejä. Anterogradisen signaalin identiteetti on kuitenkin vielä ymmärrettävä. Suurin haaste on ollut erottaa säätelijät plastiditranskription ja muiden olennaisten kloroplastin toimintojen, kuten fotosynteesin, tarvittavista komponenteista.
UC Riversiden tutkijat ovat nyt dekoodaneet nuo aiemmin läpinäkymättömät signaalit.
Ydin koodaa satoja proteiineja, jotka sisältävät rakennuspalikoita pienempiä organelleja varten. Suurin haaste oli määrittää, mitkä niistä ovat signaali laukaistaan fotosynteesi.
Aiemmin tutkijat tunnistivat kasvien ytimistä tiettyjä proteiineja, jotka aktivoituvat valon vaikutuksesta, mikä laukaisee fotosynteesin. Tässä tutkimuksessa tutkijat tunnistivat neljä proteiinia, jotka ovat osa tätä reaktiota. Nämä proteiinit lähettävät signaalin, joka muuttaa pienet elimet kloroplasteiksi, jotka tuottavat kasvua edistäviä sokereita.
UCR:n kasvitieteen professori Meng Chen sanoi, "Sinfonian johtimet ovat ytimessä olevia proteiineja, joita kutsutaan valoreseptoreiksi ja jotka reagoivat valoon. Osoitimme tässä artikkelissa, että sekä punaiset että siniset valoherkät fotoreseptorit käynnistävät sinfonian. Ne aktivoivat geenejä, jotka koodaavat fotosynteesin rakennuspalikoita."
Erityinen seikka tässä tapauksessa on, että sekä paikalliset (ydin) että etämuusikot johtavat sinfoniaa kahdessa erillisessä "huoneessa" solun sisällä. Tämän seurauksena johtimien (valoreseptorien), jotka ovat vain ytimessä, on välitettävä jonkin verran viestejä kaukana oleville muusikoille. Neljä äskettäin tunnistettua proteiinia ytimestä kloroplasteihin säätelevät tätä viimeistä vaihetta.
Chen sanoi, "Tällä hetkellä monet tutkimukset kuvaavat kommunikaatiota organelleista takaisin ytimeen. Jos jokin on vialla organelleissa, ne lähettävät signaaleja ytimen "päämajaan". Paljon vähemmän tiedetään aktiivisuutta säätelevistä signaaleista, jotka lähetetään ytimestä soluelimiin"
"Ydin voi kontrolloida mitokondrioiden ja kloroplastigeenien ilmentymistä samalla tavalla. Joten periaatteet, jotka opimme ytimestä kloroplastiin -kommunikaatioreitistä, voivat edistää ymmärrystämme siitä, kuinka ydin säätelee mitokondriogeenejä ja niiden toimintahäiriöitä syövässä.
"Fotosynteesin hallinnan ymmärtämisen merkitys on sovelluksia sairaustutkimuksen lisäksi. Ihmisasutukset toiselle planeetalle edellyttäisivät todennäköisesti sisäviljelyä ja valojärjestelmän luomista tuoton lisäämiseksi kyseisessä ympäristössä. Vieläkin välittömästi, ilmastonmuutos asettaa haasteita tämän planeetan kasvinviljelijöille."
Lehden viite:
- Hwang, Y., Han, S., Yoo, CY et ai. Anterogradinen signalointi ohjaa plastidin transkriptiota sigmatekijöiden kautta erillään ydinfotosynteesigeeneistä. Nat Commun 13, 7440 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
