För att börja fotosyntesen skickar växterna anterograda signaler till sig själva. Signalen aktiverar det plastidkodade RNA-polymeraset av bakterietyp (PEP) för att transkribera plastidfotosyntesgener. Identiteten för anterogradsignalen måste dock fortfarande förstås. Den största utmaningen har varit att skilja regulatorer från mängden nödvändiga komponenter för plastidtranskription och andra väsentliga kloroplastfunktioner, såsom fotosyntes.
Forskare vid UC Riverside har nu avkodat de tidigare ogenomskinliga signalerna.
Kärnan kodar för hundratals proteiner som innehåller byggstenar för de mindre organellerna. Den största utmaningen var att avgöra vilka som är signalen till dem att utlösa fotosyntes.
Tidigare har forskare identifierat specifika proteiner i växtkärnor som aktiveras av ljus, vilket utlöser fotosyntes. I denna studie identifierade forskare fyra proteiner som är en del av den reaktionen. Dessa proteiner skickar en signal som omvandlar små organ till kloroplaster, som genererar tillväxtfrämjande sockerarter.
UCR:s botanikprofessor Meng Chen sa: "Symfonins ledare är proteiner i kärnan som kallas fotoreceptorer som reagerar på ljus. Vi visade i denna artikel att både röda och blå ljuskänsliga fotoreceptorer initierar symfonin. De aktiverar gener som kodar för fotosyntesens byggstenar."
Den speciella omständigheten i detta fall är att både lokala (kärnan) och avlägsna musiker dirigerar symfonin i två separata "rum" i cellen. Som ett resultat måste ledarna (fotoreceptorerna), som bara finns i kärnan, förmedla vissa budskap till musikerna som befinner sig långt borta. De fyra nyligen identifierade proteinerna från kärnan till kloroplasterna reglerar detta slutskede.
Chen sade, ”För närvarande beskriver mycket forskning kommunikation från organeller tillbaka till kärnan. Om något är fel med organellerna kommer de att skicka signaler till kärnans "högkvarter". Mycket mindre är känt om de aktivitetsreglerande signalerna som skickas från kärnan till organeller. "
"Kärnan kan kontrollera uttrycket av mitokondriella och kloroplastgener på liknande sätt. Så principerna vi lär oss från kommunikationsvägen kärna-till-kloroplast kan främja vår förståelse av hur kärnan reglerar mitokondriella gener och deras dysfunktion i cancer."
– Betydelsen av att förstå hur fotosyntesen kontrolleras har tillämpningar bortom sjukdomsforskning. Mänskliga bosättningar på en annan planet skulle sannolikt kräva inomhusjordbruk och skapa ett lätt system för att öka avkastningen i den miljön. Ännu mer omedelbart, klimatförändringar innebär utmaningar för odlare på denna planet.”
Tidskriftsreferens:
- Hwang, Y., Han, S., Yoo, CY et al. Anterograd signalering kontrollerar plastidtranskription via sigmafaktorer separat från nukleära fotosyntesgener. Nat Commun 13, 7440 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
