Растение перерабатывает ресурсы в условиях дефицита

Чтобы справиться с изменениями в водной среде и возможным дефицитом питательных веществ, одноклеточная подвижная водоросль Chlamydomonas reinhardtii должна адаптировать свой метаболизм, особенно в отношении сахара. Последний производится в процессе фотосинтеза. Для этого растения и водоросли используют внутренние клеточные структуры — хлоропласты, оснащенные белковыми комплексами — фотосистемами. Если не хватает определенных питательных веществ, например, железа, водоросль временно разбирает свои фотосистемы, чтобы переработать некоторые их компоненты. Исследователи из Женевского университета (UNIGE) идентифицировали белок, играющий ключевую роль в этой переработке. Результаты описаны в журнале Plant Cell.

Фотосинтез происходит в хлоропластах. Энергия света улавливается хлорофиллом и преобразуется в химическую энергию в двух белковых комплексах — фотосистемах I и II — для производства сахаров.

Мишель Гольдшмидт-Клермон изучает механизмы фотосинтеза у Chlamydomonas reinhardtii. «Когда этот микроорганизм находится в среде с дефицитом железа, он должен адаптировать метаболизм для обеспечения роста и размножения. Эта адаптация включает разборку фотосистемы I, что позволяет клетке вернуть содержащееся в ней железо. Затем водоросль будет потреблять другие питательные вещества, чтобы компенсировать нехватку сахара», — говорит исследователь.

Биологи хотели выяснить, как именно водоросль реагирует на дефицит железа и как происходит разборка фотосистемы I, состоящей из множества субъединиц, связывающих около 200 пигментов и кофакторов. «Мы идентифицировали белок, кодируемый в ДНК ядра, под названием Mac1, и показали, что он необходим для производства субъединицы фотосистемы I, которая, в свою очередь, кодируется в геноме хлоропласта», — объясняет Дамьен Души, первый автор исследования. Хлоропласты обладают собственной ДНК и синтезируют некоторые из своих белков. Таким образом, переработка железа является результатом диалога между генами, экспрессируемыми как в ядре клетки, так и в хлоропластах.

Изменения белка отражают дефицит

В сотрудничестве с исследователями из Берлина и Парижа ученые наблюдали, что при нехватке железа белок Mac1 претерпевает биохимические изменения, и его количество уменьшается. «Эти изменения, вероятно, означают, что хлоропласт получает сигнал. В то время как существующие фотосистемы I разбираются, производство новых субъединиц фотосистемы I ингибируется, потому что Mac1 присутствует в хлоропласте в недостаточном количестве», — отмечает Мишель Гольдшмидт-Клермон.

Биологи из UNIGE теперь пытаются установить, как воспринимается дефицит железа и передается сигнал белку Mac1 в ходе этой реакции, направленной на оптимальное распределение доступного железа.