Forskere identificerer sammenhængen mellem lys og chloroplast udvikling

Det har længe været antaget, at lys aktiverer kloroplastisk genekspression via såkaldt thiol-medieret redoxregulering. Imidlertid, mekanismen, der giver anledning til denne regulering, har indtil nu været uholdbar. Åsa Strand og hendes gruppe ved Umeå Plant Science Center har nu identificeret de komponenter, der er involveret i denne redox -reguleringsmekanisme. Deres resultater offentliggøres i tidsskriftet Naturkommunikation .

Kloroplasten er det sted i cellen, hvor fotosyntese forekommer. Når en frøplante kommer ud af jorden, det bliver gradvist grønt, og under denne grønne proces udvikler det fotosyntetiske maskineri i kloroplasterne sig og bliver fuldt funktionsdygtig. Etableringen af ​​fotosyntese er en kompliceret proces, der involverer aktivering af genekspression i chloroplasten som reaktion på lys. Åsa Strand og hendes gruppe identificerede en komponent, der forbinder lyssignalet med aktiveringen af ​​genekspression i kloroplasten.

Det blev påvist, at visse proteiner, kaldet thioredoxiner, overføre elektroner, primært afledt af lys, til proteinet PRIN2 (PLASTID REDOX INSENSITIVE2). PRIN2 reduceres og ændrer dets struktur fra en dimer (dvs. to PRIN2 -proteiner er bundet sammen) til en monomer (enkeltproteiner). PRIN2 -monomererne aktiverer derefter fotosyntetisk genekspression i chloroplasten. Denne type regulering kaldes thiol-medieret redox-regulering, fordi den funktionelle kemiske gruppe, der medierer overførsel af elektroner, er den svovlholdige thiolgruppe.

"Vi identificerede PRIN2 for flere år siden. Vi vidste, at det var følsomt over for redoxændringer, og at det var nødvendigt for normal genekspression i chloroplasten", forklarer Åsa Strand. "Vi har nu vist, at PRIN2 reguleres af lys via thioredoxiner, og at det derefter aktiverer et proteinkompleks kaldet PEP. Dette proteinkompleks er ansvarligt for ekspression af de fotosynteserelaterede gener i chloroplasten."

Proteinkomplekset PEP (plastidkodet RNA-polymerase) læser informationerne, der er lagret i DNA'et i chloroplastgenomet, og kopierer det til RNA (ribonukleinsyre). RNA fungerer derefter som skabelon til at oversætte informationen, der er lagret i DNA'et, til proteiner. PEP er et stort proteinkompleks, der har brug for flere associerede proteiner for at få sin fulde funktion. Et af disse associerede proteiner er PRIN2.

De proteiner, der kræves til et fuldt funktionelt fotosyntetisk maskineri, er delvist kodet i kernen og dels i en celles chloroplastgenom. Dermed, en form for kommunikation mellem de to mobilrum er påkrævet for at sikre, at alle komponenter er tilgængelige på det rigtige tidspunkt under udviklingen af ​​frøplanter. PRIN2 spiller en væsentlig rolle i kommunikationen mellem de to rum, fordi status for PEP -komplekset forbinder chloroplastens funktionelle tilstand med kernen, gør det muligt for planten at synkronisere ekspression af fotosyntetiske gener fra atom- og kloroplastgener under udvikling af frøplanter.