Пригодността на фотосинтетичните организми зависи от целостта на техните ендогенни часовници

Докторант Анджела Редхи от университета в Йена представя култури на зеленото водорасло Chlamydomonas reinhardtii: отляво дивия тип и отдясно мутант без специфичен криптохром. Мутантните водорасли съдържат значително повече пигмент. Кредит: Йенс Майер/Университет Йена

Животът на Земята протича в 24-часови цикли. От малки бактерии до човешки същества, организмите се адаптират към промените на деня и нощта. Външни фактори, като промени в светлината и температурата, са необходими, за да увлекат часовника. Много метаболитни процеси се контролират от ендогенния часовник. Учени от университета в Йена сега са изследвали молекулярните ритми на ендогенния часовник в „зелената линия“. В актуална публикация в списанието Физиология на растениятаекипът, ръководен от проф. Мария Митаг от Института Матиас Шлайден, предоставя преглед на тяхната генетична основа.

„Зелената линия“ обхваща зелени водорасли, мъхове, папрати, голосеменни растения и цъфтящи растения. Тези организми произвеждат значителна част от кислорода на Земята и следователно са от съществено значение за всички останали живи същества. Фотосинтеза от тези зелени организми – превръщането на CO2 и водата в глюкоза и кислород – зависи от светлината, така че доброто време на тези процеси е от решаващо значение. Растенията се подготвят за дневния период дори преди изгрев слънце и по този начин могат да използват светлинната фаза най-ефективно за постигане на оптимални добиви от фотосинтеза и други метаболитни пътища. В резултат на това те растат по-добре и оцеляват пред конкурентите.

„Пригодността на фотосинтетичните организми зависи от целостта на техните ендогенни часовници“, казва Мария Митаг. Следователно професорът по обща ботаника и нейният екип са изследвали как ендогенният часовник се е развил по време на еволюцията на организмите от зелената линия. За тази цел изследователите проучват часовниковите гени на различни моделни организми от зелената линия, като се започне от едноклетъчни организми като зеленото водорасло Chlamydomonas reinhardtii, през чернодробната пивница Marchantia polymorpha, до по-висши растения, като кресон thale, Arabidopsis thaliana .

Криптохромите са „запазени“ в еволюцията

Изследователите открили, че има някои гени, участващи в циркадните ритми, които се срещат във всички изследвани организми от зелената линия, докато други гени на часовника се различават значително. Сред гените на ендогенния часовник, които са били “запазени” по време на еволюцията, са криптохромите. Това са рецепторни молекули, с които сухоземните растения усещат синя светлина. „Криптохромите са важни за улавянето и регулирането на циркадния часовник; те играят тази роля не само в сухоземните растения и водорасли, но също и в гъбичките, насекомите и бозайниците“, казва д-р Ян Петерсен, член на изследователския екип и първи автор на настоящия прегледен документ.

Досега екипът на Мария Митаг е изследвал криптохромите в моделния организъм Chlamydomonas reinhardtii. Неговият геном дори кодира четири различни криптохрома. Докато два от тези криптохроми участват в циркадния часовник, функцията на другите два все още е неизвестна. За да анализира подробно ролята на един от тези криптохроми с неизвестна функция, изследователският екип на Йена сравнява клетки от див тип водорасли с мутанти, в които генът за тази рецепторна молекула е нокаутиран. „Успяхме да определим, че мутантните водорасли растат значително по-бавно от клетките на див тип водорасли“, казва докторантът Анджела Редхи.

Новоизследваният криптохром влияе върху клетъчните структури, отговорни за фотосинтезата

„Ние обаче бяхме изненадани, че мутантните водорасли са по-зелени от водораслите от див тип“, казва Редхи. Повече цвят под формата на зелени пигменти всъщност би трябвало да доведе до по-добра фотосинтеза и по този начин повишен растеж, тъй като тези молекули улавят светлината за фотосинтеза. Накрая изследователите намериха обяснение. Използвайки електронна микроскопия, те могат да видят, че клетъчните мембрани, в които се извършва фотосинтезата, са по-гъсто опаковани без криптохрома, отколкото в клетките от див тип. „От една страна, това кара водораслите да изглеждат по-тъмнозелени“, обяснява д-р Петерсен. “От друга страна, това кара клетките да се засенчват повече една друга, така че има по-малко светлина, достигаща до вътрешните мембрани, което има отрицателен ефект върху растежа на водораслите.”

В момента не е ясно как точно изследваният наскоро криптохром влияе върху тези клетъчни структури. Сега изследователският екип ще проучи дали той също играе роля в циркадния часовник.


Учените откриват как часовниковият ген събужда зелените водорасли


Повече информация:
Ян Петерсен и др., Еволюция на циркадните часовници по зелената линия, Физиология на растенията (2022 г.). DOI: 10.1093/plphys/kiac141

Anxhela Rredhi et al, DASH криптохром 1, UV-A рецептор, балансира фотосинтетичната машина на Chlamydomonas reinhardtii, Нов фитолог (2021). DOI: 10.1111/nph.17603

Предоставено от университета Фридрих Шилер в Йена

Цитат: Пригодността на фотосинтетичните организми зависи от целостта на техните ендогенни часовници (2022 г., 5 април), извлечен на 5 април 2022 г. от https://phys.org/news/2022-04-photosynthetic-endogenous-clocks.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.

Add Comment