Voda nebo země? Naprosto jedno – rostliny řídí fotosyntézu nezávisle na svém původu jednotně

Mikroskopické záznam chloroplastu, ve kterém probíhá fotosyntéza. (Foto: Dr. Alexander Hertle, MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie)

Juniorprofesor Dr. Felix Willmund (Foto: TUK)

Rostliny provádějí fotosyntézu a tím tvoří základ většiny života na Zemi. Výzkumníci z Kaiserslauternu a Potsdamu nyní zkoumali, zda se liší tvorba fotosyntetických proteinů u suchozemských rostlin a řas. K tomu analyzovali translaci; proces, při kterém je genetická informace překládána do proteinů. Objevili, že u všech rostlin je produkováno stejné množství těchto proteinů, avšak s různými strategiemi. Výsledek ukazuje, jak je tento proces důležitý pro rostliny, bez ohledu na jejich prostředí. Zjištění studie mohou pomoci zvýšit odolnost zemědělských plodin vůči změnám klimatu. Práce byla publikována v odborném časopise „Nature Plants“.

U fotosyntézy rostliny pomocí světelné energie z CO₂ vytvářejí sacharidy. Přitom uvolňují také kyslík. Tento biochemicky složitý proces probíhá v chloroplastech; malých zelených organelách, které mají vlastní genetickou informaci. „Obsahuje také geny proteinů, které se podílejí na fotosyntéze,“ říká docent Dr. Felix Willmund z katedry eukaryontní genetiky na Technické univerzitě v Kaiserslauternu.

Pro přeměnu této genetické informace na proteiny se nejprve vytvoří kopie genetické informace, ribonukleová kyselina (RNA). „Tato kopie slouží jako stavební plán, podle kterého ribozomy, velké molekulární komplexy, sestavují proteiny z jednotlivých aminokyselin,“ vysvětluje hlavní autor Dr. Raphael Trösch, který ve skupině Willmund zkoumá na kampusu v Kaiserslauternu. Tento proces se nazývá translace.

V aktuální studii se Trösch a Willmund spolu s kolegy, včetně Dr. Reima Zoschkeho z Max-Planck-Institutu pro molekulární rostlinnou fyziologii (MPI-MP) v Potsdam-Golm, zabývali otázkou, zda existují rozdíly mezi vývojově vzdálenými suchozemskými rostlinami a řasami. Tyto molekulární procesy porovnávali pomocí nové metody. Použili tzv. ribozomové profilování. Tato metoda umožňuje vědcům nahlédnout do RNA a ribozomů, které jsou při translaci přítomny. Ribozomy zanechávají na RNA stopy, podobně jako otisky prstů, což vědcům umožňuje vytvořit charakteristický obraz, ukazující, které proteiny a v jakém množství jsou vyráběny. Zvláštností je, že „tato technika nám poskytuje přehled o celé translaci, ale zároveň umožňuje zkoumat i detaily,“ říká Zoschke, vedoucí skupiny translace v rostlinách na MPI-MP.

„U všech tří druhů rostlin jsme zjistili, že při translaci jsou produkovány stejné množství proteinů, které hrají roli při fotosyntéze,“ říká Zoschke. Výzkumníci však také zjistili, že existují rozdíly v molekulárních procesech, které probíhají před a během translace. „Přesto se různé rostliny v průběhu evoluce vyvinuly tak, aby dokázaly při translaci produkovat stejné složky fotosyntézy ve stejném množství,“ dodává Willmund. „To ukazuje na klíčový význam těchto molekul.“

Výzkum probíhal v rámci Sonderforschungsbereich (SFB Transregio TRR175) „The Green Hub – The Chloroplast as the Center of Acclimation in Plants“. Tento projekt je podporován Německou výzkumnou společností od roku 2016. Týmy vědců z Berlína, Potsdam-Golm, Mnichova a Kaiserslauternu zkoumají, jak se rostliny dokážou přizpůsobit měnícím se podmínkám prostředí.

Také výsledky současné studie ukazují, že rostlinám s odlišnými strategiemi se stále daří dosáhnout velmi podobného procesu fotosyntézy, i přes různé životní podmínky. Proto je důležité takové základní procesy zkoumat, abychom lépe pochopili, jaké mechanismy rostliny využívají například k zvládání změn teploty nebo světelných podmínek. V budoucnu by toto poznání mělo pomoci zvýšit odolnost zemědělských plodin vůči změnám klimatu.

Studie byla publikována v prestižním vědeckém časopise „Nature Plants“: „Commonalities and differences of chloroplast translation in a green alga and land plants“ DOI: 10.1038/s41477-018-0211-0