Как растения переключаются с фотозащиты на фотосинтез при пробуждении
Новое исследование учёных Университета Шеффилда, опубликованное на этой неделе в Nature Plants, объясняет, как растения переключаются с фотозащиты на фотосинтез при переходе из темноты к свету.
Во время фотосинтеза хлоропласты растений преобразуют свет в химическую энергию и используют её для производства сахаров из CO2. Известно, что при «пробуждении» из темноты активация усвоения CO2 изначально отстаёт от производства химической энергии. Неиспользованный избыток энергии может повредить хрупкий фотосинтетический аппарат, поэтому у растений evolved механизм самозащиты, пока не «запустится» метаболизм CO2. До сих пор не было ясно, как происходит это переключение.
Исследование под руководством доктора Мэтта Джонсона использовало структурированную освещённую и атомно-силовую микроскопию для визуализации морфологических изменений в хлоропластах. Компьютерное моделирование и измерения переноса электронов показали, как тёмные и световые структуры способствуют фотозащите и эффективному фотосинтезу соответственно.
Ключевое открытие: структура хлоропластов динамически меняется за минуты. В темноте половина фотосинтетических мембран плотно упакована, что ограничивает их взаимодействие с другой половиной. Это создаёт отдельные пулы ключевого переносчика электронов, активируя фотозащитный путь. Однако это снижает эффективность фотосинтеза. После «пробуждения» метаболизма CO2 растение переходит в «световое» состояние с меньшей упаковкой мембран, направляя весь пул переносчиков электронов на фотосинтез.
Значение: Эффективность переключения между этими состояниями уже показала увеличение урожайности. Это понимание может дать новые ключи к выращиванию большего количества пищи и производству биотоплива.
Профессор Питер Хортон FRS отметил, что это открытие объединяет ранее несвязанные явления в единую модель и продолжает пионерские работы, начатые в Шеффилде десятилетия назад.