Woda czy ląd? Całkowicie obojętne – rośliny przeprowadzają fotosyntezę niezależnie od ich pochodzenia, jednolicie

Mikroskopowe ujęcie chloroplastu, w którym zachodzi fotosynteza. (Zdjęcie: Dr Alexander Hertle, MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie)

Adiunkt Dr. Felix Willmund (Zdjęcie: TUK)

Rośliny przeprowadzają fotosyntezę, tworząc podstawę dla większości życia na Ziemi. Naukowcy z Kaiserslautern i Poczdamu zbadają teraz, czy produkcja białek fotosyntetycznych u roślin lądowych i alg różni się. W tym celu przeanalizowali proces translacji; czyli proces, w którym informacje genetyczne są przekształcane w białka. Odkryli, że u wszystkich roślin powstają te same ilości białek, choć stosowane są różne strategie. Wynik pokazuje, jak ważne są te białka dla roślin, niezależnie od środowiska życia. Wnioski z badania mogą pomóc w uczynieniu rolniczych upraw bardziej odpornymi na zmiany klimatyczne. Praca ukazała się w czasopiśmie naukowym „Nature Plants”.

Podczas fotosyntezy rośliny produkują węglowodany z CO₂ przy użyciu energii świetlnej. Przy tym uwalniają tlen. Ten biochemicznie skomplikowany proces odbywa się w chloroplastach; małych zielonych organellach, które posiadają własne DNA. „Zawiera ono również geny kodujące białka zaangażowane w fotosyntezę”, mówi doktor Felix Willmund, młodszy profesor z Zakładu Genetyki Eukariotów na Politechnice w Kaiserslautern.

Aby przekształcić te informacje genetyczne w białka, najpierw tworzona jest kopia materiału genetycznego, czyli Ribonukleinowy kwas (RNA). „Kopia ta służy jako plan budowy, na podstawie którego duże kompleksy molekularne, rybosomy, łączą pojedyncze aminokwasy w białka”, wyjaśnia główny autor, dr Raphael Trösch, który prowadzi badania w grupie Willmunda na kampusie Kaiserslautern. Proces ten nazywa się również translacją.

W najnowszym badaniu Trösch i Willmund wraz z kolegami z Dr. Reimo Zoschke z Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) w Poczdamie-Golm zbadali, czy istnieją różnice w tym procesie u roślin lądowych i alg, które są od siebie odległe ewolucyjnie. Porównali te procesy molekularne u zielonej algi, rośliny tytoniu i chwastu polnego za pomocą nowej metody. W tym celu użyli tzw. profilu rybosomowego. Metoda ta polega na analizie RNA i rybosomów obecnych podczas translacji. Podobnie jak odcisk palca, rybosomy zostawiają ślady na RNA, co pozwala naukowcom stworzyć charakterystyczny obraz, pokazujący, które białka i w jakiej ilości są produkowane. Co jest szczególne: „Dzięki tej technice możemy uzyskać zarówno ogólny obraz całej translacji, jak i przyjrzeć się szczegółom”, mówi Zoschke, kierujący grupą ds. regulacji translacji u roślin w MPI-MP.

„We wszystkich trzech gatunkach roślin stwierdziliśmy, że podczas translacji powstają te same ilości białek, które odgrywają rolę w fotosyntezie”, mówi Zoschke. Jednak naukowcy zauważyli też, że w molekularnych procesach zachodzących przed i podczas translacji występują różnice. „Mimo to, różne rośliny wykształciły mechanizmy, które pozwalają na produkcję tych samych składników fotosyntezy w tych samych ilościach”, dodaje Willmund. „To podkreśla kluczowe znaczenie tych molekuł”.

Prace te odbyły się w ramach specjalnego obszaru badawczego (SFB Transregio TRR175) „The Green Hub – Chloroplast jako centrum adaptacji roślin”, który jest finansowany przez niemiecką fundację naukową od 2016 roku. Zespoły badawcze z Berlina, Poczdamu-Golm, Monachium i Kaiserslautern badają, jak rośliny potrafią dostosować się do zmieniających się warunków środowiskowych.

Także wyniki najnowszego badania pokazują, że rośliny z różnymi strategiami wielokrotnie udaje się osiągnąć podobny proces fotosyntezy, mimo różnych warunków życia. Dlatego ważne jest badanie tych podstawowych procesów, aby lepiej zrozumieć, jakie mechanizmy roślin wykorzystują do radzenia sobie z czynnikami środowiskowymi, takimi jak nagłe zmiany temperatury czy światła. W przyszłości ta wiedza ma pomóc w uczynieniu rolniczych upraw bardziej odpornymi na zmiany klimatyczne.

Badanie ukazało się w renomowanym czasopiśmie naukowym „Nature Plants”: „Commonalities and differences of chloroplast translation in a green alga and land plants” DOI: 10.1038/s41477-018-0211-0