Раскрытие роли тиоредоксинов x- и y-типа в растениях
Растения выработали защитные механизмы на случай, когда интенсивность света превышает возможности фотосинтеза. В таких условиях активные формы кислорода вызывают фотоингибирование, снижающее эффективность фотосинтеза. Для противодействия этому хлоропласты эволюционировали белки тиоредоксины (Trx), которые регулируют редокс-баланс в фотосинтетическом аппарате и обеспечивают фотозащитную функцию.
Среди хлоропластных Trx-белков известно, что Trx x- и y-типа функционально связаны, но об их роли в условиях колеблющейся освещенности известно мало.
Исследователи из Университета Окаяма и Университета Кёто Сангё (Япония), изучающие регуляцию Trx во время фотосинтеза на Arabidopsis thaliana, обнаружили, что Trx x- и y-типа предотвращают редокс-дисбаланс на акцепторной стороне фотосистемы I (PSI). Это важное открытие, так как выявлен механизм с участием малоизученных Trx, который защищает PSI от фотоингибирования при колеблющемся свете.
Исследованием руководил доцент Юки Окэгава из Института наук о растениях и ресурсов Университета Окаямы; работа опубликована в Plant Physiology.
Мотивация и подход
В Arabidopsis пять типов Trx: четыре Trx m, два Trx f, два Trx y, Trx x и Trx z. Trx f и Trx m составляют более 90% хлоропластных Trx-белков, а Trx x и Trx y — менее 10%. Роль последних была мало изучена.
Команда создала мутанты Arabidopsis: одиночный trx x, двойной trx y1 trx y2 и тройной trx x trx y1 trx y2. Исследуя изменения в PSI, они обнаружили, что при слабом свете акцепторная сторона PSI была ингибирована у мутантов trx x и trx x trx y1 trx y2 по сравнению с дикими растениями. Аналогичный, но более выраженный эффект наблюдался в фазах слабого и сильного света при колеблющейся освещенности.
Ключевые результаты
- У мутантов trx x и trx x trx y1 trx y2 ингибирование акцепторной стороны PSI при колеблющемся свете привело к сильному фотоингибированию PSI.
- В этих условиях у данных мутантов также наблюдалось нарушение роста и более низкий уровень PSI.
Выводы и значение
Полученные данные означают, что Trx x и Trx y противодействуют редокс-дисбалансу на акцепторной стороне PSI, позволяя фотосинтезу продолжаться и предотвращая фотоингибирование. Эти Trx облегчают транспорт электронов через электрон-транспортную цепь (ETC) в условиях колеблющегося света.
Ученые полагают, что Trx x и Trx y действуют как сток для электронов при переходе от слабого к сильному свету, поддерживая окисленное состояние на акцепторной стороне PSI.
Эта функция не критична при постоянном освещении. Однако, с адаптивной точки зрения, сохранение редокс-баланса на акцепторной стороне PSI действует как "страховочная сетка", помогая подготовиться к внезапным изменениям интенсивности света.
Дальнейшие исследования фотозащитных механизмов растений могут однажды помочь в создании культур, толерантных к световому стрессу, что станет прорывом в борьбе с нехваткой продовольствия из-за недостаточного производства урожая.