NYHET Det har länge antagits att ljus aktiverar fotosyntesgener via så kallad tiolmedierad redoxreglering. Mekanismen som ger upphov till denna reglering har emellertid varit okänd. Åsa Strand och hennes forskargrupp vid Umeå Plant Science Centre vid Umeå universitet har nu identifierat de komponenter som styr denna regleringsmekanism. Deras resultat publiceras i tidskriften Nature Communications.
Professor Åsa Strand med sin forskargrupp vid Umeå Plant Science Centre, UPSC. Foto: Anne Honsel
Kloroplasten är den plats i cellen 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.
Forskargruppen identifierade proteinet PRIN2 (PLASTID REDOX INSENSITIVE2) för flera år sedan och visste att proteinet var känsligt för redoxförändringar och att det krävdes för normalt genuttryck i kloroplasten.
– 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, vilket i sin tur aktiverar uttryck av fotosyntesrelaterade gener i kloroplasten, säger Åsa Strand.
Proteinkomplexet PEP läser informationen som är lagrad i kloroplastgenernas 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.
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.
Díaz M. G., Hernández-Verdeja T., Kremnev D., Crawford T., Dubreuil C. & Strand Å.: Redox regulation of PEP activity during seedling establishment in Arabidopsis thaliana. Nature Communications 9, Article number: 50 (2018). doi:10.1038/s41467-017-02468-2.
https://www.nature.com/articles/s41467-017-02468-2
Åsa Strand, Institutionen för fysiologisk botanikUmeå Plant Science Centre, UPSCTelefon: 090-786 93 14
E-post: asa.strand@umu.se
Redaktör: Ingrid Söderbergh