Tema

Tåligare grödor via kloroplasternas kontrollsystem

Forskare har upptäckt ett helt nytt kontrollsystem som styr växternas kloroplaster, CHLORAD (chloroplast-associated protein degradation). Genom detta kontrollsystem kan forskare påverka hur växter svarar på miljöfaktorer, menar marinbiologen Mats Töpel, en av forskarna bakom upptäckten.

Miljöpåverkan som torka, varierande temperatur och höga salthalter i jorden, bidrar på olika sätt till en minskande växtproduktivitet.

– Till exempel kan växtens förmåga att klara högre salthalter i marken förbättras. Det skulle göra att områden där grödor idag inte kan odlas skulle kunna utnyttjas för livsmedelsproduktion, säger Mats Töpel, forskare vid institutionen för marina vetenskaper, Göteborgs universitet.

Fram till år 2050 måste dagens livsmedelsproduktion öka med minst 70 procent för att tillgodose en växande världsbefolkning.

– Och för att uppnå detta måste vi ställa om vår livsmedelsproduktion mot fler växtprodukter, säger Mats Töpel som i samarbete med en forskargrupp vid universitetet i Oxford i Storbritannien upptäckt kontrollsystemet som styr växters kloroplaster.

Reglerar importen av proteiner till kloroplaster

Kontrollsystemet CHLORAD består av ett antal olika proteiner med specifika funktioner som tillsammans reglerar importen av andra proteiner till växtens kloroplaster.

Proteinet SP2 (3D model synlig i förgrunden) är verksamt i det yttre membranet hos kloroplaster, som visas i bakgrunden. SP2 har identifierats i modellväxten backtrav (Arabidopsis thaliana), som syns i nedre vänstra hörnet, och är en del i det kontrollsystem som reglerar kloroplastens aktivitet. Bild: Göteborgs universitet

En kloroplast behöver ungefär 3000 olika typer av protein för att fungera normalt. De flesta av dessa produceras i cellen utanför kloroplasten och måste därför transporteras in i organellen. Nivåerna av alla dessa proteiner måste noggrant regleras för att säkerställa att alla processer i kloroplasten fungerar korrekt.

– Denna funktion utförs av CHLORAD, som verkar genom att avlägsna överflödiga eller skadade kloroplastprotein, säger Mats Töpel.

CHLORAD-systemet innehåller en blandning av gener som ursprungligen kommer från växter och bakterier.

– Det är ett fascinerande exempel på hur växtceller har utvecklats successivt, och hur gen-fördubblingar och förändring av genernas funktion genom evolution har skapat ett komplext system av sammansatta delar.

Vad är en kloroplast?
Kloroplaster är en typ av organeller som finns i växters och algers celler. Kloroplasterna innehåller pigmentet klorofyll. Deras viktigaste uppgift är att utföra fotosyntes, vilket innebär att de absorberar ljus och omvandlar det till energi samtidigt som syre frigörs.
Kloroplaster uppkom för ungefär 1,5 miljarder år sedan, när en cyanobakterie uppslukades av en annan cell men i stället för att upplösas till näring överlevde inuti värdcellen.
Bakterien utvecklades efterhand till en organell som bland annat kan utföra fotosyntes och därmed lagra solens energi och använda den till olika processer i cellen. Kloroplaster är en central del av växtcellen och är inte bara nödvändiga för själva växtens överlevnad, utan även för alla de ekosystemen som växter ingår i.

Artikeln:
Ubiquitin-dependent chloroplast-associated protein degradation in plants, Science

Kontakt:
Mats Töpel, forskare vid institutionen för marina vetenskaper, Göteborgs universitet, mats.topel@marine.gu.se

Läs också

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Tåligare grödor via kloroplasternas kontrollsystem

 lästid ~ 2 min