For å starte fotosyntesen sender plantene anterograde signaler til seg selv. Signalet aktiverer den plastidkodede RNA-polymerasen av bakterietypen (PEP) for å transkribere plastidfotosyntesegener. Identiteten til anterogradsignalet må imidlertid fortsatt forstås. Hovedutfordringen har vært å skille regulatorer fra mengden av nødvendige komponenter for plastidtranskripsjon og andre essensielle kloroplastfunksjoner, som fotosyntese.
Forskere ved UC Riverside har nå dekodet de tidligere ugjennomsiktige signalene.
Kjernen koder for hundrevis av proteiner som inneholder byggesteiner for de mindre organellene. Hovedutfordringen var å finne ut hvilke som er signalet til dem å utløse fotosyntese.
Tidligere identifiserte forskere spesifikke proteiner i plantekjerner som aktiveres av lys, og utløser fotosyntese. I denne studien identifiserte forskere fire proteiner som er en del av den reaksjonen. Disse proteinene sender et signal som forvandler små organer til kloroplaster, som genererer vekstfremmende sukker.
UCR botanikkprofessor Meng Chen sa: "Symfoniens ledere er proteiner i kjernen kalt fotoreseptorer som reagerer på lys. Vi viste i denne artikkelen at både røde og blå lysfølsomme fotoreseptorer starter symfonien. De aktiverer gener som koder for byggesteinene i fotosyntesen."
Den spesielle omstendigheten i dette tilfellet er at både lokale (kjernen) og fjerntliggende musikere dirigerer symfonien i to separate "rom" i cellen. Som et resultat må lederne (fotoreseptorene), som bare finnes i kjernen, formidle noen meldinger til musikerne som befinner seg langt unna. De fire nylig identifiserte proteinene fra kjernen til kloroplastene regulerer dette siste stadiet.
Chen sa, "For tiden beskriver mye forskning kommunikasjon fra organeller tilbake til kjernen. Hvis noe er galt med organellene, vil de sende signaler til kjernens "hovedkvarter". Mye mindre er kjent om de aktivitetsregulerende signalene som sendes fra kjernen til organeller».
"Kjernen kan kontrollere uttrykket av mitokondrie- og kloroplastgener på samme måte. Så, prinsippene vi lærer fra kjerne-til-kloroplast-kommunikasjonsveien kan fremme vår forståelse av hvordan kjernen regulerer mitokondrielle gener og deres dysfunksjon i kreft."
"Betydningen av å forstå hvordan fotosyntesen kontrolleres har anvendelser utover sykdomsforskning. Menneskelige bosetninger på en annen planet vil sannsynligvis kreve innendørs jordbruk og lage en lett ordning for å øke utbyttet i det miljøet. Enda mer umiddelbart, Klima forandringer byr på utfordringer for avlingsdyrkere på denne planeten.»
Tidsreferanse:
- Hwang, Y., Han, S., Yoo, CY et al. Anterograd signalering kontrollerer plastid-transkripsjon via sigma-faktorer separat fra kjernefysiske fotosyntesegener. Nat Commun 13, 7440 (2022). GJØR JEG: 10.1038/s41467-022-35080-0
