Om met de fotosynthese te beginnen, sturen de planten anterograde signalen naar zichzelf. Het signaal activeert het door plastiden gecodeerde bacteriële RNA-polymerase (PEP) om plastide-fotosynthesegenen te transcriberen. De identiteit van het anterograde signaal moet echter nog steeds worden begrepen. De belangrijkste uitdaging was het onderscheiden van regulatoren van de overvloed aan noodzakelijke componenten voor plastidetranscriptie en andere essentiële chloroplastfuncties, zoals fotosynthese.
Wetenschappers van UC Riverside hebben nu deze voorheen ondoorzichtige signalen gedecodeerd.
De kern codeert voor honderden eiwitten die bouwstenen bevatten voor de kleinere organellen. De belangrijkste uitdaging was om te bepalen welke voor hen het signaal zijn om te activeren fotosynthese.
Eerder identificeerden wetenschappers specifieke eiwitten in plantenkernen die worden geactiveerd door licht, waardoor fotosynthese ontstaat. In deze studie identificeerden wetenschappers vier eiwitten die deel uitmaken van die reactie. Deze eiwitten zenden een signaal uit dat kleine organen omzet in chloroplasten, die groeibevorderende suikers genereren.
UCR-professor plantkunde Meng Chen zei: “De geleiders van de symfonie zijn eiwitten in de kern, fotoreceptoren genaamd, die reageren op licht. We hebben in dit artikel laten zien dat zowel rode als blauwe lichtgevoelige fotoreceptoren de symfonie initiëren. Ze activeren genen die coderen voor de bouwstenen van fotosynthese.”
De bijzondere omstandigheid in dit geval is dat zowel lokale (de kern) als muzikanten op afstand de symfonie in twee afzonderlijke ‘kamers’ binnen de cel dirigeren. Als gevolg hiervan moeten de geleiders (fotoreceptoren), die alleen in de kern aanwezig zijn, een aantal boodschappen overbrengen aan de muzikanten die zich ver weg bevinden. De vier recent geïdentificeerde eiwitten van de kern tot de bladgroenkorrels reguleren deze laatste fase.
Chen zei, “Momenteel beschrijft veel onderzoek de communicatie van organellen terug naar de kern. Als er iets mis is met de organellen, sturen ze signalen naar het ‘hoofdkwartier’ van de kern. Er is veel minder bekend over de activiteitsregulerende signalen die van de kern naar de kern worden gestuurd organellen. '
“De kern kan op vergelijkbare wijze de expressie van mitochondriale en chloroplastgenen controleren. Dus de principes die we leren van de communicatieroute tussen kern en chloroplast kunnen ons begrip vergroten van hoe de kern mitochondriale genen reguleert en hun disfunctie bij kanker.”
“Het belang van het begrijpen hoe fotosynthese wordt gecontroleerd heeft toepassingen die verder gaan dan ziekteonderzoek. Menselijke nederzettingen op een andere planeet zouden waarschijnlijk binnenlandbouw vereisen en een lichtplan creëren om de opbrengsten in die omgeving te verhogen. Nog directer, klimaatverandering vormt een uitdaging voor akkerbouwers op deze planeet.”
Journal Reference:
- Hwang, Y., Han, S., Yoo, CY et al. Anterograde signalering regelt de transcriptie van plastiden via sigmafactoren afzonderlijk van genen voor nucleaire fotosynthese. Nat Commun 13 (7440). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
