Để bắt đầu quá trình quang hợp, thực vật gửi tín hiệu thuận chiều đến chính chúng. Tín hiệu kích hoạt RNA polymerase loại vi khuẩn được mã hóa plastid (PEP) để phiên mã các gen quang hợp plastid. Tuy nhiên, sự nhận dạng của tín hiệu xuôi chiều vẫn cần được hiểu rõ. Thách thức chính là phân biệt các chất điều hòa với vô số thành phần cần thiết cho quá trình phiên mã plastid và các chức năng lục lạp thiết yếu khác, chẳng hạn như quang hợp.
Các nhà khoa học tại UC Riverside hiện đã giải mã được những tín hiệu mờ đục trước đây.
Nhân mã hóa hàng trăm protein chứa các khối xây dựng cho các bào quan nhỏ hơn. Thách thức chính là xác định cái nào là tín hiệu để chúng kích hoạt quang hợp.
Trước đây, các nhà khoa học đã xác định được các protein cụ thể trong nhân thực vật được kích hoạt bằng ánh sáng, kích hoạt quá trình quang hợp. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã xác định được bốn protein tham gia phản ứng đó. Những protein này gửi tín hiệu biến các cơ quan nhỏ thành lục lạp, tạo ra đường thúc đẩy tăng trưởng.
Giáo sư thực vật học UCR Meng Chen cho biết, “Các nhạc trưởng của bản giao hưởng là các protein trong nhân được gọi là tế bào cảm quang phản ứng với ánh sáng. Trong bài báo này, chúng tôi đã chỉ ra rằng cả cơ quan cảm quang nhạy cảm với ánh sáng đỏ và xanh đều bắt đầu bản giao hưởng. Chúng kích hoạt các gen mã hóa các khối xây dựng của quá trình quang hợp.”
Tình huống cụ thể, trong trường hợp này, là cả các nhạc sĩ địa phương (hạt nhân) và các nhạc sĩ ở xa đều chỉ huy bản giao hưởng trong hai “phòng” riêng biệt trong phòng giam. Kết quả là, các chất dẫn điện (các cơ quan cảm quang), vốn chỉ hiện diện trong nhân, phải truyền tải một số thông điệp đến các nhạc công ở xa. Bốn protein được xác định gần đây từ nhân đến lục lạp điều chỉnh giai đoạn cuối cùng này.
Chen nói, “Hiện nay, rất nhiều nghiên cứu mô tả sự giao tiếp từ các bào quan trở lại nhân. Nếu có vấn đề gì xảy ra với các bào quan, chúng sẽ gửi tín hiệu đến “trụ sở chính” của hạt nhân. Người ta biết rất ít về các tín hiệu điều hòa hoạt động được gửi từ hạt nhân đến bào quan".
“Nhân có thể kiểm soát sự biểu hiện của gen ty thể và lục lạp một cách tương tự. Vì vậy, những nguyên tắc chúng ta học được từ con đường giao tiếp giữa hạt nhân với lục lạp có thể nâng cao hiểu biết của chúng ta về cách hạt nhân điều chỉnh các gen ty thể và rối loạn chức năng của chúng trong bệnh ung thư”.
“Tầm quan trọng của việc hiểu cách kiểm soát quá trình quang hợp có những ứng dụng ngoài nghiên cứu bệnh tật. Các khu định cư của con người trên một hành tinh khác có thể sẽ yêu cầu canh tác trong nhà và tạo ra hệ thống ánh sáng để tăng năng suất trong môi trường đó. Hơn nữa ngay lập tức, biến đổi khí hậu đang đặt ra những thách thức cho người trồng trọt trên hành tinh này.”
Tạp chí tham khảo:
- Hwang, Y., Han, S., Yoo, CY và cộng sự. Tín hiệu Anterograde kiểm soát quá trình phiên mã plastid thông qua các yếu tố sigma tách biệt với các gen quang hợp hạt nhân. Cộng đồng 13, 7440 (năm 2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35080-0
