Рассеивание избыточной световой энергии в виде тепла, так называемое нефотохимическое тушение, является обычным, быстрым и динамичным, но прерывистым механизмом регулирования для всех растений и водорослей, и он используется для защиты растений от повреждений, вызванных высокой интенсивностью света. Тем не менее, сочетание температур замерзания и высокой интенсивности света приводит к особой форме закалки у хвойных пород: длительному нефотохимическому закалке.
Исследователи из Университета Турку, Финляндия, обнаружили важную часть механизма, связанного с устойчивым нефотохимическим тушением у хвойных пород.
Открытие важно, поскольку рассматриваемый механизм все еще плохо изучен в науке.
«Мы собирали образцы хвои в природе в течение четырех лет и изучали еловые ветки в смоделированных условиях, имитирующих конец зимы. На основе биофизического и молекулярно-биологического анализов мы могли бы показать, что трижды фосфорилированная изоформа LHCB1 и белок фосфо-PSBS в хлоропласте, по-видимому, являются предпосылками для развития устойчивого нефотохимического тушения, которое безопасно рассеивает поглощенную световую энергию в виде тепла », – говорится в сообщении.
Докторант Штеффен Гребе и докторант Андреа Тротта из отдела молекулярной биологии растений кафедры биохимии Университета Турку.
При фосфорилировании белка к определенным аминокислотам добавляется фосфорильная группа, что является обычным механизмом регуляции белка в клетках.
Фосфорилирование белков, обнаруженных у ели, ранее в науке не описывалось.
Исследователи полагают, что вместе с ограниченным фотоингибированием фотосистемы II фосфорилирование приводит к структурным изменениям пигментных белков, так что иглы могут эффективно рассеивать избыточную световую энергию.
Секвенирование генома ели позволило провести новые исследования
Механизмы регуляции фотосинтеза ранее были изучены на молекулярном уровне в основном на быстрорастущих видах, регулярно используемых в биологии растений, таких как талайский кресс (Arabidopsis thaliana) и водоросль Chlamydomonas reinhardtii. Однако изучить зимнюю акклиматизацию этих растений и легко передать полученные знания хвойным породам невозможно.
Исследования в области молекулярной биологии хвойных пород стали возможны после публикации результатов секвенирования генома ели в 2013 году.
«Геном ели примерно в десять раз больше, чем у человека. «Секвенирование генома ели, проведенное нашим давним партнером, профессором Стефаном Янссоном из Университета Умео, позволило провести исследование молекулярного фотосинтеза, которое мы сейчас проводим в Турку, – говорит главный исследователь», академик Ева-Мари Аро.
Новая информация об адаптации елей к окружающей среде может быть использована для оценки воздействия изменения климата на фотосинтез хвойных пород и их способность поглотить углерод, поскольку фотосинтез в хвойных лесах является одним из наиболее важных поглотителей углерода в глобальном масштабе.