Per iniziare la fotosintesi, le piante inviano a se stesse segnali anterogradi. Il segnale attiva la RNA polimerasi di tipo batterico (PEP) codificata dal plastidio per trascrivere i geni della fotosintesi del plastidio. Tuttavia, l’identità del segnale anterogrado deve ancora essere compresa. La sfida principale è stata quella di distinguere i regolatori dalla pletora di componenti necessari per la trascrizione dei plastidi e altre funzioni essenziali dei cloroplasti, come la fotosintesi.
Gli scienziati della UC Riverside hanno ora decodificato quei segnali precedentemente opachi.
Il nucleo codifica centinaia di proteine contenenti elementi costitutivi per gli organelli più piccoli. La sfida principale era determinare quali fossero il segnale da attivare fotosintesi.
In precedenza, gli scienziati avevano identificato proteine specifiche nei nuclei delle piante che vengono attivate dalla luce, innescando la fotosintesi. In questo studio, gli scienziati hanno identificato quattro proteine che fanno parte di quella reazione. Queste proteine inviano un segnale che trasforma i piccoli organi in cloroplasti, che generano zuccheri che alimentano la crescita.
Il professore di botanica dell'UCR Meng Chen ha detto: “I conduttori della sinfonia sono proteine nel nucleo chiamate fotorecettori che rispondono alla luce. Abbiamo dimostrato in questo articolo che sia i fotorecettori sensibili alla luce rossa che quelli blu danno inizio alla sinfonia. Attivano i geni che codificano gli elementi costitutivi della fotosintesi”.
La circostanza particolare, in questo caso, è che sia i musicisti locali (il nucleo) che quelli remoti dirigono la sinfonia in due “stanze” separate all’interno della cella. Di conseguenza i conduttori (fotorecettori), presenti solo nel nucleo, devono trasmettere alcuni messaggi ai musicisti che si trovano lontano. Le quattro proteine recentemente identificate dal nucleo ai cloroplasti regolano questa fase finale.
Chen disse, “Attualmente, molte ricerche descrivono la comunicazione dagli organelli al nucleo. Se qualcosa non va con gli organelli, invieranno segnali al “quartier generale” del nucleo. Si sa molto meno sui segnali di regolazione dell'attività inviati dal nucleo all'organismo organelli. "
“Il nucleo può controllare in modo simile l’espressione dei geni mitocondriali e dei cloroplasti. Quindi, i principi che apprendiamo dal percorso di comunicazione nucleo-cloroplasto potrebbero favorire la nostra comprensione di come il nucleo regola i geni mitocondriali e la loro disfunzione nel cancro”.
“L’importanza di comprendere come viene controllata la fotosintesi ha applicazioni che vanno oltre la ricerca sulle malattie. Gli insediamenti umani su un altro pianeta richiederebbero probabilmente l’agricoltura indoor e la creazione di uno schema di illuminazione per aumentare i raccolti in quell’ambiente. Ancora più immediatamente, cambiamento climatico sta ponendo sfide ai coltivatori di questo pianeta”.
Riferimento della Gazzetta:
- Hwang, Y., Han, S., Yoo, CY et al. La segnalazione anterograda controlla la trascrizione dei plastidi tramite fattori sigma separatamente dai geni della fotosintesi nucleare. Nat Comun 13, 7440 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
