Aby rozpocząć fotosyntezę, rośliny wysyłają do siebie sygnały postępujące. Sygnał aktywuje kodowaną przez plastydy polimerazę RNA typu bakteryjnego (PEP) w celu transkrypcji genów fotosyntezy plastydów. Jednak tożsamość sygnału następczego nadal wymaga zrozumienia. Głównym wyzwaniem było odróżnienie regulatorów od mnóstwa składników niezbędnych do transkrypcji plastydów i innych niezbędnych funkcji chloroplastów, takich jak fotosynteza.
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside rozszyfrowali te wcześniej nieprzejrzyste sygnały.
Jądro koduje setki białek zawierających elementy budulcowe mniejszych organelli. Głównym wyzwaniem było określenie, które z nich stanowią dla nich sygnał do uruchomienia fotosynteza.
Wcześniej naukowcy zidentyfikowali specyficzne białka w jądrach roślin, które są aktywowane przez światło, uruchamiając fotosyntezę. W tym badaniu naukowcy zidentyfikowali cztery białka biorące udział w tej reakcji. Białka te wysyłają sygnał, który przekształca małe narządy w chloroplasty, które wytwarzają cukry napędzające wzrost.
Profesor botaniki UCR Meng Chen powiedziała: „Przewodnikami symfonii są białka w jądrze zwane fotoreceptorami, które reagują na światło. W tym artykule pokazaliśmy, że symfonię inicjują zarówno fotoreceptory wrażliwe na światło czerwone, jak i niebieskie. Aktywują geny kodujące elementy składowe fotosyntezy.”
Szczególną okolicznością w tym przypadku jest to, że zarówno lokalni (jądro), jak i muzycy zdalni dyrygują symfonią w dwóch oddzielnych „pokojach” w celi. W rezultacie przewodniki (fotoreceptory), które są obecne tylko w jądrze, muszą przekazać pewne informacje muzykom znajdującym się daleko. Cztery niedawno zidentyfikowane białka, od jądra do chloroplastów, regulują ten końcowy etap.
Chen powiedziany, „Obecnie wiele badań opisuje komunikację z organelli z powrotem do jądra. Jeśli coś jest nie tak z organellami, wyślą sygnały do „siedziby głównej” jądra. Znacznie mniej wiadomo na temat sygnałów regulujących aktywność wysyłanych z jądra do jądra organelle".
„Jądro może w podobny sposób kontrolować ekspresję genów mitochondrialnych i chloroplastowych. Zatem zasady, których uczymy się na podstawie szlaku komunikacji jądro-chloroplast, mogą pogłębić naszą wiedzę na temat sposobu, w jaki jądro reguluje geny mitochondrialne i ich dysfunkcję w przypadku raka”.
„Zrozumienie sposobu kontrolowania fotosyntezy ma znaczenie wykraczające poza badania nad chorobami. Osiedla ludzkie na innej planecie prawdopodobnie wymagałyby uprawy w pomieszczeniach zamkniętych i stworzenia systemu oświetlenia, aby zwiększyć plony w tym środowisku. Jeszcze bardziej od razu zmiany klimatyczne stawia wyzwania dla hodowców roślin na tej planecie.”
Referencje czasopisma:
- Hwang, Y., Han, S., Yoo, CY i in. Sygnalizacja następcza kontroluje transkrypcję plastydów poprzez czynniki sigma niezależnie od genów fotosyntezy jądrowej. Nat Commun 13 7440 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
