Роль белка DLDG1 в фотозащите растений через протонный транспорт

Регуляция потока протонов через хлоропласт и модуляция активности его АТФ-синтазы (CFo-CF1) являются ключевыми для защиты растений от избыточной световой энергии, поглощаемой при фотосинтезе.

Исследователи из Токийского института науки под руководством профессора Синдзи Масуда использовали модель Arabidopsis thaliana, чтобы выяснить молекулярный механизм действия белка DLDG1 (DAY-LENGTH-DEPENDENT DELAYED-GREENING1).

Контекст проблемы

Избыток поглощённой световой энергии может привести к накоплению электронов в фотореактивных компонентах и повреждению клеток. Внутренний защитный механизм — нефотохимическое тушение (NPQ) — рассеивает избыток энергии в виде тепла. Белок DLDG1, предположительный переносчик протонов в оболочке хлоропласта, регулирует NPQ, но точный механизм был неизвестен.

Экспериментальный подход

Для оценки влияния DLDG1 на активность хлоропластной АТФ-синтазы CFo-CF1 команда создала двойной мутант Arabidopsis thaliana — dldg1hope2. Он лишён гена DLDG1 и содержит мутацию в гене hope2, которая приводит к образованию дефектного белка АТФ-синтазы.

Ключевые результаты

  1. Индукция NPQ: При воздействии актиничного света (AL) у дикого типа и одиночного мутанта dldg1 NPQ индуцировалась быстро. У одиночного мутанта hope2 индукция была медленнее, а уровень NPQ — ниже.
  2. Влияние двойной мутации: Двойной мутант dldg1hope2 (без функционального DLDG1, но с нормальным геном hope2) показал более быструю индукцию NPQ, чем мутант hope2. Это указывает на взаимосвязь DLDG1 и АТФ-синтазы.
  3. Протонная проводимость: Электрохромный сдвиг показал, что у мутанта hope2 протонная проводимость увеличивалась при высоких интенсивностях AL. У двойного мутанта dldg1hope2 значения проводимости не отличались от дикого типа.
  4. Фенотип и эффективность фотосинтеза: Двойной мутант dldg1hope2 имел тяжёлые фенотипические нарушения и резкое снижение максимального квантового выхода фотосистемы II (PSII), что указывает на низкую эффективность преобразования световой энергии в химическую.

Выводы и значение

Исследование подтвердило гипотезу: белок DLDG1, локализованный в оболочке хлоропласта, опосредованно влияет на изменения pH и NPQ, контролируя протонную проводимость через тилакоидную мембрану посредством регуляции активности АТФ-синтазы CFo-CF1.

«Мутация в DLDG1, который находится в оболочке хлоропласта, повлияла на синтез АТФ в тилакоидной мембране», — комментирует профессор Масуда.

Полученные данные раскрывают механизм, с помощью которого DLDG1 регулирует NPQ и поддерживает рост растений в сложных условиях. Это может помочь в будущих работах по повышению эффективности фотосинтеза и устойчивости сельскохозяйственных культур к стрессам.

Исследование опубликовано в журнале Plant Physiology.

2025-08-29