От темноты к свету: как растения контролируют выработку энергии

Исследователи из Университета Западного Сиднея и Австралийского национального университета открыли новые пути химической коммуникации, определяющие, как растение меняется при переходе из темноты почвы к свету.

При росте в темноте растения белые или бледно-желтые, так как у них отсутствуют хлоропласты, делающие листья зелеными. Желтоватый цвет обусловлен структурами в клетке, называемыми этиопластами, которые позже формируют зеленые хлоропласты, когда проросток обнаруживает свет.

Доктор Крис Казцонелли и его команда обнаружили новый молекулярный механизм, который растения используют для контроля превращения желтых этиопластов в зеленые хлоропласты. Это происходит через сигнал, производный от каротиноидов, который генетически запускает экспрессию генов и производство белков, контролирующих формирование зеленых пигментов, улавливающих световую энергию.

«Наше открытие проливает свет на новое, важное соединение, производное от каротиноидов, которое контролирует развитие пластид и растения. Наши результаты показывают, что желтым пластидам в растениях, выращенных в темноте, требуется специфическое каркасное тело, чтобы помочь им превратиться в зеленые, генерирующие энергию хлоропласты, когда растение достигает света», — сказал соавтор доктор Синь Хоу.

Используя специальные мутантные сорта растений, которые производят важный сигнал, производный от каротиноидов, а также химические ингибиторы, блокирующие его производство, исследователи смогли продемонстрировать, как растения используют этот сигнал для контроля зеленой окраски здоровых хлоропластов при воздействии света.

Это открытие подтверждает, что каротиноиды — это не просто структурные компоненты пластид, производящих энергию; они также обеспечивают химические сигналы, которые контролируют, как растения прорастают в темноте и производят улавливающие свет зеленые хлоропласты, когда достигают поверхности.

Профессор Барри Погсон подчеркнул: «Хлоропласты — это двигатель растения, улавливающий световую энергию, и мы показали, что каротиноиды обеспечивают важный сигнал в контроле структурного развития хлоропластов».

Понимание сигнальных путей каротиноидов открыло новые возможности для разработки новых функциональных соединений растений, которые могут улучшить цвет, питательность, вкус и развитие растений.

Исследование «A cis-carotene derived apocarotenoid regulates etioplast and chloroplast development» опубликовано в eLife.