Как растения управляют энергией при переменном освещении

Растения используют энергию солнечного света для синтеза сахаров из CO₂ и воды в процессе фотосинтеза. Исследователи из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене обнаружили ключевой элемент регуляторной цепи, позволяющей растениям оптимально использовать меняющийся свет.

Два состояния фотосинтеза

Фотосинтетический аппарат расположен в тилакоидных мембранах хлоропластов и включает две фотосистемы (PSI и PSII), действующие последовательно. PSII наиболее чувствительна к красному свету, а PSI — к дальнему красному. Для оптимальной работы распределение энергии между ними должно быть сбалансировано, что достигается переключением между состоянием 1 и состоянием 2.

Молекулярный переключатель

• При красном свете PSII работает быстрее PSI, что приводит к перегрузке переносчиков электронов.
• Это активирует фермент STN7, который присоединяет фосфатную группу к белкам светособирающего комплекса LHCII, связанным с PSII.
• Модифицированные LHCII мигрируют к PSI, система переходит в состояние 2, и активность фотосистем выравнивается.

Новое открытие: обратный переход

Учёные идентифицировали фермент, ответственный за обратный переход (2→1). Им оказалась фосфатаза TAP38 (ранее известная как At4g27800), которая удаляет фосфатную группу с LHCII.

• Мутантные растения, лишённые TAP38, остаются «заблокированными» в состоянии 2 при любом освещении.
• Добавление очищенного TAP38 к модифицированному LHCII напрямую приводит к удалению фосфата.

Практическое значение

Растения с инактивированным геном TAP38 растут быстрее нормальных в условиях непрерывного слабого освещения, благоприятствующего состоянию 2. Это связано с более сбалансированным распределением света между фотосистемами.

Открытие TAP38 завершает понимание регуляторного контура переключения состояний фотосинтеза и может иметь прикладное значение для улучшения роста растений при низкой освещённости.

Источник: PLoS Biology, 26 января 2010 г.