Регулирование потока протонов через хлоропласт и модуляция активности его белка аденозинтрифосфат (АТФ)-синтазы CFo-CF1 являются ключевыми для защиты растений от избыточной световой энергии, поглощаемой в процессе фотосинтеза, сообщают исследователи.
Исследовательская группа создала двойной мутантный сорт Arabidopsis thaliana под названием dldg1hope2, лишённый белка DAY-LENGTH-DEPENDENT DELAYED-GREENING1 (DLDG1), чтобы оценить влияние DLDG1 на активность АТФ-синтазы хлоропласта CFo-CF1.
Их результаты [опубликованы](https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiaf373/8241983) в журнале Plant Physiology.
Фотосинтез
Фотосинтез — это биохимический процесс, в ходе которого растения преобразуют световую энергию в химические молекулы. В растительных клетках хлоропласт — специализированная органелла, содержащая зелёные пигменты — улавливает падающий солнечный свет для фотосинтеза, придавая растениям характерный цвет.
Хотя световая энергия имеет решающее значение для этого фундаментального процесса, избыточное поглощение световой энергии может привести к накоплению электронов в фотореактивных компонентах и вызвать значительное повреждение растительных клеток.
Чтобы ограничить пагубные последствия избыточной световой энергии, в растительных клетках существует встроенный механизм безопасности, называемый нефотохимическим гашением (NPQ), при котором избыточная световая энергия рассеивается в виде тепла.
Роль белка DLDG1
Недавние исследования выявили предполагаемый белок-переносчик протонов под названием DLDG1, который регулирует NPQ. Однако молекулярный механизм, с помощью которого DLDG1, присутствующий в мембране оболочки хлоропласта, контролирует движение протонов внутри хлоропласта и регулирует NPQ, остаётся неясным.
В новом исследовании группа исследователей из Института науки Токио (Science Tokyo) под руководством профессора Синдзи Масуда из Департамента наук о жизни и технологиях, Science Tokyo, Япония, прояснила роль DLDG1 в опосредовании NPQ.
Для точной оценки молекулярного механизма, участвующего в регуляции NPQ, они использовали как дикие типы, так и мутантные разновидности Arabidopsis thaliana — экспериментальную модель растения.
Структура хлоропластов
Хлоропласты имеют замечательные внутренние структуры со стеками тилакоидных мембран, в которых находятся фотореактивные системы, и заполненное жидкостью пространство, окружающее стопку тилакоидов, известное как строма.
Движение протонов из стромы во внутреннее пространство тилакоида приводит в действие белок АТФ-синтазы хлоропласта CFo-CF1 для генерации АТФ.
«В нашем исследовании мы предположили, что DLDG1 может косвенно влиять на изменения pH и NPQ, контролируя проводимость протонов в мембране тилакоида через активность АТФ-синтазы CFo-CF1», — говорит Масуда.
Эксперименты
Изначально исследовательская группа создала двойной мутантный сорт Arabidopsis thaliana под названием dldg1hope2, лишённый гена DLDG1 и содержащий мутантный ген hope2. Точечная мутация в гене hope2 приводит к образованию дефектного белка АТФ-синтазы хлоропласта CFo-CF1.
Используя актиничный свет (AL) для индукции NPQ, они обнаружили, что у дикого типа и одиночного мутанта dldg1 NPQ может быть быстро индуцирован. Однако одиночный мутант hope2 демонстрировал более медленную индукцию NPQ и более низкие уровни NPQ.
Интересно, что, несмотря на отсутствие мутантного гена hope2, двойной мутант dldg1hope2 показал более быструю индукцию NPQ, чем мутант hope2.
Для дальнейшего изучения влияния мутации dldg1 на проводимость протонов учёные провели эксперименты с электрохромным сдвигом — спектроскопический метод, используемый для мониторинга изменений в фотосинтетическом переносе энергии. Они обнаружили, что у мутанта hope2 увеличилась проводимость протонов при высоких интенсивностях AL.
С другой стороны, значения проводимости протонов у мутанта dldg1hope2 не отличались существенно от показателей дикого типа или одиночных мутантов даже при высоком AL-свете.
Наконец, тщательно проанализировав фенотип мутантных разновидностей в меняющихся условиях освещения, они попытались расшифровать влияние белка DLDG1 на АТФ-синтазу CFo-CF1.
Вариант dldg1hope2 имел серьёзные фенотипические характеристики наряду с резким снижением максимального квантового выхода фотосистемы II (PSII), что указывает на снижение эффективности улавливания световой энергии для преобразования в химическую энергию.
«Примечательно, что мутация в DLDG1, локализованная в оболочке хлоропласта, повлияла на синтез АТФ в мембране тилакоида», — комментирует Масуда.
«Ожидается, что наши результаты будут способствовать будущим приложениям, направленным на повышение эффективности фотосинтеза и стрессоустойчивости сельскохозяйственных культур».
В заключение, это исследование подчёркивает роль белка DLDG1 в регуляции NPQ через активность АТФ-синтазы CFo-CF1 и поддержке роста растений в сложных условиях окружающей среды.
Предоставлено [Институтом науки Токио](https://www.isct.ac.jp/en)
Другие новости по теме
- Микроскопический альянс водорослей и бактерий раскрывает тайны эволюции
- Количественный метод визуализации показывает, как клетки быстро сортируют и транспортируют липиды
- Инструмент на основе ИИ нацелен на структуры РНК, чтобы разгадать тайны тёмного генома
- Фермент с широкой спецификой нацелен на гликаны из всех царств живой природы
- Платформа для проектирования белков с открытым исходным кодом для демократизации процесса разработки белков.
- Учёные обнаружили ключевой белок, регулирующий накопление жира в клетках
- Использование искусственного интеллекта для революции в открытии антибиотиков
- Малыши орангутаны подсматривают за мамой, чтобы построить уютное гнездо на дереве
- ИИ превращает простые снимки растений в ранние предупреждения о засухе, давая посевам голос в борьбе с водным стрессом
- Почему эмбрионы мужского пола растут быстрее: исследование раскрывает генетические механизмы
Другие новости на сайте
- Исследование выявило два ключевых гена, контролирующих развитие первичных ресничек в клетках
- Трейдеры активно скупают Ethereum, открывая крупные позиции по кол-опционам на декабрь 2025 года
- Астрономы обнаружили одну из самых массивных двойных звёзд в галактике
- Микроскопический альянс водорослей и бактерий раскрывает тайны эволюции
- Создание и оптимизация интеллектуальных конвейеров машинного обучения с помощью TPOT для полной автоматизации и повышения производительности
- «Космический телескоп Джеймса Уэбба запечатлел пылевые завихрения вокруг диска, где формируются планеты»
- Количественный метод визуализации показывает, как клетки быстро сортируют и транспортируют липиды
- Почему уровень вирусности Pyth Network сегодня стремительно растёт, несмотря на крах рынка криптовалют?
- Инструмент на основе ИИ нацелен на структуры РНК, чтобы разгадать тайны тёмного генома
- 7 диких фотографий. 40 лет данных. Одна история о вонючих водорослях