Klima forandring, befolkningstilvækst og stressede planter:Fodrer verden i det 21. århundrede

Ny forskning fra University of Oxford, offentliggjort for nylig i tidsskriftet eLife , kaster frisk lys på plantens kloroplaster, og proteinerne inde i dem. Reguleringen af ​​kloroplastproteiner er vigtig for planteudvikling og stressakklimatisering og er i stigende grad vigtig som planter - herunder vores basisafgrøder, hvede, ris, byg - er nødt til at reagere på vores skiftende miljøer.

"Når planeten bliver varm, det vil blive mere og mere presserende at forstå det molekylære grundlag for plantestress tolerance. Denne undersøgelse har afdækket endnu et lag af kompleksitet inden for de systemer, som planter bruger til at kontrollere deres kloroplaster. "Professor Paul Jarvis

Det er blevet anslået, at 'stressede' afgrøder - fra skiftende vejrmønstre, tørke, oversvømmelser og ekstrem temperatur - kan reducere produktionen med så meget som 70%, som vil have ødelæggende indflydelse på vores evne til at fodre verden.

Det er blevet mere og mere presserende, at vi udvikler forbedrede afgrødesorter - planter med øget næringsværdi eller modstandsdygtighed over for ugunstige miljøer - og nøglen til denne udvikling vil være vores forståelse af det molekylære grundlag for plantestress tolerance.

Alle grønne planter vokser ved at omdanne lysenergi til kemisk energi via en proces kendt som fotosyntese. Fotosyntese forekommer inden for specialiserede rum af planteceller kendt som chloroplaster. Kloroplaster kræver, at tusinder af forskellige proteiner fungerer, og disse importeres til chloroplasten via et specialiseret maskineri kendt som TOC -komplekset. TOC -komplekset er, sig selv, lavet af proteiner.

Nylige undersøgelser viste, at TOC -komplekset hurtigt ødelægges, når planter støder på miljøbelastning - dette beskytter planteceller mod skader ved at begrænse fotosyntesen, som kan generere giftige biprodukter under ugunstige forhold. Denne proces har fået navnet CHLORAD, til "chloroplast-associeret proteinnedbrydning."

I CHLORAD, TOC -komplekset markeres først med et lille protein kaldet ubiquitin. Denne 'ubiquitination' fremmer ødelæggelsen af ​​komplekset, og undertrykker dermed importen af ​​chloroplastprotein, fotosyntese, og produktion af giftige biprodukter.

I dette studie, forskere spurgte, om TOC -komplekset også er SUMOyleret - SUMO er et andet lille mærke, der ligner ubiquitin - og, hvis så, hvilken funktion sådan TOC SUMOylering er. Forskerne fandt ud af, at TOC -komplekset faktisk er SUMOyleret, og at TOC SUMOylering også udløser ødelæggelse af TOC -komplekset og er vigtig for plantevækst og udvikling. Disse resultater er spændende, da de angiver, at SUMO -virkningen minder meget om CHLORADs, i denne sammenhæng.

Faktisk, den observerede lighed med CHLORAD indebærer, at SUMOylation regulerer aktiviteten af ​​CHLORAD -vejen. Dette er særligt interessant, da SUMOylering er kendt for at være forårsaget af forskellige former for miljøbelastning og er en vigtig drivkraft for akkumulering af plantestress.

"Det var bemærkelsesværdigt, da rollen for ubiquitination, og CHLORAD, blev opdaget for et par år siden, og denne nye rolle for SUMO føjer bare til intrigerne. "Professor Paul Jarvis

Bygger på disse opdagelser, forskerne undersøger i øjeblikket, hvordan CHLORAD -vejen kan manipuleres for at forbedre afgrødeydelsen. Bedre forståelse af reguleringen af ​​chloroplastproteinimport og/eller CHLORAD -vejen, leveret som følge af de nye resultater, der er rapporteret her, vil hjælpe med at guide denne indsats.