כדי להתחיל בפוטוסינתזה, הצמחים שולחים לעצמם אותות אנטרוגרד. האות מפעיל את ה-RNA פולימראז (PEP) המקודד בחיידקים כדי לתמלל גנים של פוטוסינתזה פלסטידית. עם זאת, עדיין צריך להבין את זהותו של האות האנטרוגרד. האתגר העיקרי היה להבחין בין מווסתים לבין שפע הרכיבים הדרושים לשעתוק פלסטידים ותפקודים חיוניים אחרים של כלורופלסט, כגון פוטוסינתזה.
מדענים ב-UC Riverside פיענחו כעת את האותות שהיו בעבר אטומים.
הגרעין מקודד מאות חלבונים המכילים אבני בניין עבור האברונים הקטנים יותר. האתגר העיקרי היה לקבוע אילו מהם הם האות עבורם להפעיל פוטוסינתזה.
בעבר, מדענים זיהו חלבונים ספציפיים בגרעיני הצמח המופעלים על ידי אור, ומעוררים פוטוסינתזה. במחקר זה, מדענים זיהו ארבעה חלבונים שהם חלק מתגובה זו. חלבונים אלה שולחים אות שהופך איברים קטנים לכלורופלסטים, היוצרים סוכרים מעודדי צמיחה.
פרופסור לבוטניקה של UCR מנג צ'ן אמר, "המוליכים של הסימפוניה הם חלבונים בגרעין הנקראים פוטורצפטורים המגיבים לאור. הראינו במאמר זה שגם קולטנים רגישים לאור אדום וגם כחול מתחילים את הסימפוניה. הם מפעילים גנים המקודדים את אבני הבניין של הפוטוסינתזה".
הנסיבות המיוחדות, במקרה זה, היא שגם מוזיקאים מקומיים (הגרעין) וגם נגנים מרוחקים מנהלים את הסימפוניה בשני "חדרים" נפרדים בתוך התא. כתוצאה מכך, המוליכים (הפוטורצפטורים), שנמצאים רק בגרעין, חייבים להעביר כמה מסרים למוזיקאים שנמצאים רחוק. ארבעת החלבונים שזוהו לאחרונה מהגרעין ועד הכלורופלסטים מווסתים את השלב האחרון הזה.
חן אמר, "נכון לעכשיו, הרבה מחקרים מתארים תקשורת מאברונים בחזרה לגרעין. אם משהו לא בסדר עם האברונים, הם ישלחו אותות ל"מפקדה" של הגרעין. הרבה פחות ידוע על האותות המווסתים את הפעילות הנשלחים מהגרעין אל אברונים".
"הגרעין עשוי לשלוט בביטוי של גנים מיטוכונדריה וכלורופלסט באופן דומה. אז העקרונות שאנו לומדים ממסלול התקשורת בין גרעין לכלורופלסט עשויים לקדם את ההבנה שלנו כיצד הגרעין מווסת את הגנים המיטוכונדריים ואת חוסר התפקוד שלהם בסרטן."
"למשמעות ההבנה כיצד מבוקרת הפוטוסינתזה יש יישומים מעבר לחקר המחלות. יישובים אנושיים בכוכב אחר ידרשו ככל הנראה חקלאות מקורה ויצירת תוכנית קלה להגדלת התפוקה בסביבה זו. אפילו יותר מיידי, שינוי האקלים מציבה אתגרים עבור מגדלי גידולים על הפלנטה הזו".
עיון ביומן:
- Hwang, Y., Han, S., Yoo, CY et al. איתות אנטרוגרד שולט על שעתוק פלסטידים באמצעות גורמי סיגמה בנפרד מגנים של פוטוסינתזה גרעינית. קהילת Nat י"ב, 13 (7440). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
