Tema

Molekylerna som aktiverar fotosyntesen

För att fotosyntesen ska fungera fullt ut i växterna, krävs en aktivering av rätt gener i växtens kloroplaster. Nu har Umeåforskare identifierat hur detta går till på molekylnivå, från ljussignal till aktiva gener.

Kloroplasten är den plats i växtcellen där fotosyntes sker. När en groddplanta kommer upp ur jorden blir den gradvis grön och under denna process etableras det fotosyntetiska maskineriet i kloroplasterna. Utvecklingen av fotosyntesen i bladet är en komplicerad process som involverar en ljusinducerad aktivering av genuttryck i kloroplasten. Åsa Strand, professor vid Umeå Plant Science Centre, och hennes forskargrupp har identifierat de komponenter som kopplar ljussignalen till aktiveringen av genuttryck i kloroplasten.

Det har länge antagits att ljus aktiverar fotosyntesgener via så kallad tiolmedierad redoxreglering. Mekanismen som ger upphov till denna reglering har emellertid varit okänd. Redan för flera år sedan identifierade forskargruppen proteinet PRIN2 (Plastid Redox Insensive2). Man visste att proteinet var känsligt för redoxförändringar och att det krävdes för normalt genuttryck i kloroplasten.

Kedja av molekylära reaktioner
– Vad vi visar nu är att PRIN2 regleras av ljus – via särskilda proteiner som kallas tioredoxiner som överför elektroner, som indirekt kommer ifrån ljus, till proteinet PRIN2. PRIN2 reduceras och ändrar sin struktur från att vara bundna ihop två och två (dimerer), till att bli fristående proteiner, så kallade monomerer. PRIN2-monomeren aktiverar ett proteinkomplex kallat PEP, som i sin tur aktiverar uttryck av fotosyntesrelaterade gener i kloroplasten, säger Åsa Strand.

Proteinkomplexet PEP läser den genetiska informationen som är lagrad i kloroplasternas DNA och kopierar den till RNA. RNA utgör en ”mall” för att översätta informationen som lagras i DNA till proteiner. PEP är ett stort proteinkomplex som behöver flera ”hjälpproteiner” för att fungera. Ett av dessa proteiner är alltså PRIN2.

Aktivering nödvändig för full fotosyntes
Aktiveringen av fotosyntesgenerna i kloroplasten är nödvändig för korrekt kloroplastutveckling samt för etableringen av full fotosyntesaktivitet hos växten.

De proteiner som krävs för ett fullt fungerande fotosyntesmaskineri kodas delvis i kärnan och delvis i kloroplastgenomet i en cell. Denna fördelning av information mellan de olika genomen kräver koordinerad reglering av genuttrycken från kärnan och från kloroplasterna. PRIN2 spelar även en mycket viktig roll i kommunikationen mellan kloroplasterna och cellkärnan eftersom aktiviteten hos PEP-komplexet kopplar kloroplastens funktionella tillstånd till kärnan, vilket gör det möjligt för växten att synkronisera fotosyntetiskt genuttryck från kärn- och kloroplastgenomen under groddplantans utveckling.

Artikeln:
Redox regulation of PEP activity during seedling establishment in Arabidopsis thaliana. Díaz M. G., Hernández-Verdeja T., Kremnev D., Crawford T., Dubreuil C. & Strand Å. Nature Communications 9, Article number: 50 (2018).

Kontakt:
Åsa Strand, Institutionen för fysiologisk botanik, Umeå Plant Science Centre, UPSC, asa.strand@umu.se, 090-786 93 14

Läs också

Konsten att välja rätt byggstrategi
16 januari, 2018 | Linköpings universitet
Sjökaptenens virtuella utbildningsmiljö
15 januari, 2018 | Göteborgs universitet
Komplementära logiska kretsar som fungerar fint i vatten
11 januari, 2018 | Linköpings universitet

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Molekylerna som aktiverar fotosyntesen

 lästid ~ 2 min