_ Cum plantele își ajustează fotosinteza la schimbarea luminii

Fotosinteza este procesul central prin care plantele acumulează biomasă folosind lumină, apă și dioxid de carbon din aer. Obținerea unei înțelegeri detaliate a acestui proces face posibilă modificarea și optimizarea acestuia, de exemplu, în vederea creșterii producției de alimente sau a toleranței la stres.

Grupul de cercetare condus de profesorul Dr. Ute Armbruster de la Universitatea Institutul de Fotosinteză Moleculară de la HHU examinează acest proces dintr-o serie de perspective. Împreună cu o echipă de cercetare interdisciplinară, grupul își prezintă acum descoperirile privind procesele implicate în reacțiile plantelor la diferite condiții de lumină într-o publicație curentă în Nature Communications.

Institutul Max Planck de Fiziologie Moleculară a Plantelor din Golm și În lucrare au fost implicate grupuri de cercetare de la universitățile din Bergen (Norvegia), Bochum, Münster și Potsdam.

Fotosinteza cuprinde două etape sau „module”. În primul rând, în așa-numita reacție condusă de lumină, energia luminii este transformată în energie chimică pe care planta o poate folosi sub forma moleculelor ATP și NADPH. Această energie este apoi folosită pentru a fixa dioxidul de carbon din aer în biomasă prin „reacția de fixare a carbonului”.

Plantele trăiesc în condiții de lumină care se schimbă adesea rapid. Pentru a utiliza în mod optim această lumină, modulele trebuie să fie strâns sincronizate. Au existat puține cercetări științifice în această sincronizare, în special, până în prezent.

Dacă este prea luminos, planta nu poate converti toată energia luminii; aceasta este o situație potențial dăunătoare. Pentru a se asigura că nu sunt cauzate daune de excesul de energie luminoasă – care poate duce la formarea, de exemplu, a unor specii de oxigen foarte reactive – planta activează un mecanism de protecție: așa-numita stingere dependentă de energie (pe scurt: „qE” ) asigură că excesul de energie este descărcat sub formă de căldură.

Din cercetările anterioare, se știe că qE este oprit din nou mai rapid de „antiporterul de schimb K+ tilacoid 3” (KEA3) din umbră. Cu toate acestea, procesul este încă atât de lent în general încât energia luminoasă utilizabilă se pierde atunci când luminozitatea scade.

Pentru prima dată, echipa de cercetare a identificat acum un mecanism molecular prin care cele două module de fotosinteză își sincronizează activități prin KEA3. Pentru a realiza acest lucru, cercetătorii au folosit atât simulări pe computer, cât și diverse abordări experimentale, inclusiv biosenzori.

În primul rând, valoarea pH-ului mediului din jurul membranei tilacoide reacționează foarte dinamic la modificările luminii. În al doilea rând, structura și astfel activitatea KEA3 se modifică în funcție de valoarea pH-ului. Cu toate acestea, acest lucru se întâmplă numai atunci când KEA3 a legat și ATP și NADPH. În exces de lumină, acest lucru duce la inactivarea KEA3, permițând astfel qE să fie activ. După o tranziție bruscă la umbră, KEA3 devine activat, ceea ce reglează reacțiile fotosintezei determinate de lumină.

Profesorul Armbruster a spus: „Prin munca noastră, înțelegem acum pentru prima dată cum cele două module funcționale ale fotosinteza comunică între ele prin KEA3. Este important să știm acest lucru pentru a dezvolta strategii de îmbunătățire a fotosintezei pe teren, pentru a crește randamentul culturilor pe termen lung."

(Fluierul)