Víz vagy szárazföld? Teljesen mindegy – a növények fotoszintézist végeznek függetlenül eredetüktől egységesen

Mikroszkópos felvétel egy kloroplasztiszról, ahol a fotoszintézis zajlik. (Fotó: Dr. Alexander Hertle, MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie)

Juniorprofesszor Dr. Felix Willmund (Kép: TUK)

A növények fotoszintézist végeznek, ez adja a Földön élő élet nagy részének alapját. Kaiserslautern-i és potsdami kutatók most megvizsgálták, hogy különböznek-e a szárazföldi növények és algák fotoszintézis-fehérjéinek képződése. Ennek érdekében a transzlációt vizsgálták; az a folyamat, amely során az öröklési információból fehérjék keletkeznek. Felfedezték, hogy minden növény esetében ugyanannyi fehérje képződik erre, részben különböző stratégiák alkalmazásával. Az eredmény megmutatja, milyen fontosak ezek a fehérjék a növények számára, függetlenül az életközegtől. A tanulmány eredményei segíthetnek abban, hogy a haszonnövényeket ellenállóbbá tegyék a klímaváltozással szemben. A munka a „Nature Plants” szakfolyóiratban jelent meg.

A fotoszintézis során a növények CO₂-ből szénhidrátokat állítanak elő fényenergia segítségével. Eközben oxigént szabadítanak fel. Ez a biokémiailag összetett folyamat a kloroplasztiszokban zajlik; ezek apró zöld organellumok, amelyek saját genetikai anyaggal rendelkeznek. „Ez tartalmazza azokat a géneket is, amelyek a fotoszintézisben részt vevő fehérjéket kódolják” – mondja Dr. Felix Willmund, a Kaiserslautern-i Műszaki Egyetem Eukariótagenetika tanszékének fiatal professzora.

Az öröklési információk fehérjékké történő „átalakításához” először egy másolat készül az örökítőanyagról, az RNS-ről. „Ez a másolat egyfajta tervként szolgál, amely segítségével a nagy molekulakomplexek, a riboszómák, a fehérjéket az egyes aminosavakból állítják össze” – mondja Dr. Raphael Trösch, aki a Willmund-csoportban kutat a Kaiserslautern-i campuson. Ezt a folyamatot nevezik transzlációnak.

A jelenlegi tanulmányban Trösch és Willmund kollégáikkal, Reimo Zoschke professzorral, a Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) kutatójával, Potsdam-Golmban vizsgálták, hogy van-e különbség a fejlődéstörténetileg távol álló szárazföldi növények és algák között. Ezeket a molekuláris folyamatokat összehasonlították egy zöldalga, a dohány és a tavaszi szántóföldi növény segítségével, egy új módszer, a riboszóm profilozás alkalmazásával. Ez a módszer a RNS-t és a riboszómákat vizsgálja, amelyek a transzláció során jelen vannak. Hasonlóan egy ujjlenyomathoz, a riboszómák nyomokat hagynak a RNS-en, amelyek lehetővé teszik a kutatók számára, hogy egy jellemző képet alkossanak arról, mely fehérjék milyen mennyiségben keletkeznek. A különlegesség az, hogy „ezzel a technikával áttekintést kapunk az egész transzlációról, ugyanakkor részleteket is megvizsgálhatunk” – mondja Zoschke, aki a növényi transzlációs szabályozás kutócsoportját vezeti az MPI-MP-n.

„Mindhárom növényfajnál megállapítottuk, hogy a transzláció során ugyanannyi fehérje képződik, mint amilyen szerepet játszik a fotoszintézisben” – mondja Zoschke. Ugyanakkor a kutatók megállapították, hogy a molekuláris folyamatokban, amelyek a transzláció előtt és közben zajlanak, különbségek vannak. „Ennek ellenére a különböző növények az evolúció során olyan mechanizmusokat fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik, hogy ugyanazokat a fotoszintézis-komponenseket ugyanakkora mennyiségben állítsák elő a transzláció során” – mondja Willmund. „Ez mutatja e molekulák központi szerepét.”

A kutatások a Sonderforschungsbereich (SFB Transregio TRR175) „A Zöld Központ – A kloroplasztisz mint alkalmazkodási központ a növényeknél” című program keretében zajlottak. Ezt a Német Kutatási Közösség 2016 óta támogatja. A kutatócsoportok Berlinből, Potsdam-Golmból, Münchenből és Kaiserslauterről vizsgálják, hogyan képesek a növények alkalmazkodni a változó környezeti feltételekhez.

Az aktuális tanulmány eredményei azt mutatják, hogy különböző stratégiákat alkalmazó növények ismételten sikerrel járnak abban, hogy különböző életkörülmények között is hasonló fotoszintézis-folyamatot érjenek el. Ezért fontos az ilyen alapvető folyamatok kutatása, hogy jobban megértsük, milyen mechanizmusokat használnak a növények például a környezeti hatások, mint például a hő- vagy fényváltozások kezelésére. A jövőben ez a tudás segíthet a haszonnövények ellenállóbbá tételében a klímaváltozással szemben.

A tanulmány a neves szakfolyóiratban, a „Nature Plants”-ban jelent meg: „A kloroplasztisz transzlációjának közös és eltérő jellemzői zöld algában és szárazföldi növényekben” DOI: 10.1038/s41477-018-0211-0