اسرار فتوسنتز گیاهان رمزگشایی شد

پس از سال ها انتظار دانشمندان اسرار سیگنال‌هایی که گیاهان برای شروع فتوسنتز (فرآیند تبدیل نور خورشید به قند) به خود می‌فرستند را رمزگشایی کرده‌اند.

به گزارش تکناک، برای نیم قرن گیاه شناسان می دانستند که مرکز فرماندهی یک سلول گیاهی، که هسته آن است، دستورالعمل هایی را به سایر قسمت های سلول می فرستد و آنها را وادار می کند تا با فتوسنتز به جلو حرکت کنند.

این دستورالعمل ها به شکل پروتئین هستند و بدون آنها گیاهان سبز نمی شوند و رشد نمی کنند.

منگ چن، پروفسور گیاه شناسی UCR، می گوید: چالش ما این بود که هسته یک سلول گیاهی صدها پروتئین حاوی بلوک های سازنده اندامک های کوچکتر را رمزگذاری می کند. تعیین اینکه کدام یک از آنها سیگنالی برای شروع فتوسنتز هستند مانند یافتن سوزن در انبار کاه است.

روندی که دانشمندان در آزمایشگاه چن برای یافتن چهار مورد از این پروتئین ها استفاده کردند، اکنون به صورت یک مقاله در مجله Nature Communications مستند شده است.

پیش از این، تیم چن نشان داده بود که پروتئین‌های خاصی در هسته‌های گیاهی با نور فعال می‌شوند و فتوسنتز را آغاز می‌کنند. این چهار پروتئین تازه شناسایی شده بخشی از این واکنش هستند و سیگنالی را ارسال می‌کنند که اندام‌های کوچک را به کلروپلاست که تولید کننده قندهای موثر در رشد است، تبدیل می‌کند.

چن کل فرآیند فتوسنتز را با یک سمفونی مقایسه می کند.اومی گوید: رهبرهای ارکستر سمفونیک پروتئین هایی در هسته به نام گیرنده های نوری هستند که به نور پاسخ می دهند. ما در این مقاله نشان دادیم که گیرنده های نوری حساس به نور قرمز و آبی هر دو سمفونی را آغاز می کنند. آنها ژن هایی را فعال می کنند که واحدهای سازنده فتوسنتز را رمزگذاری می کنند.

موقعیت منحصر به فرد، در این مورد، این است که سمفونی در دو محل مختلف در سلول، توسط نوازندگان داخلی (هسته) و سایر نوازندگان از راه دور اجرا می شود. به این ترتیب، رهبر های ارکستر (گیرنده های نوری)، که فقط در هسته حضور دارند، باید پیام هایی را از راه دور برای نوازندگانی که در سایر مکان ها قرار دارند ارسال کنند. این مرحله آخر توسط چهار پروتئین تازه کشف شده که از هسته به کلروپلاست ها حرکت می کنند کنترل می شود.

این پروژه توسط مؤسسه ملی بهداشت تأمین مالی شد، به این امید که به درمان سرطان کمک کند. این امید به این دلیل است که شباهت های بین کلروپلاست در سلول های گیاهی و میتوکندری در سلول های انسانی وجود دارد. هر دو اندامک انرژی مورد نیاز برای رشد تولید می کنند و هر دو حاوی مواد ژنتیکی هستند.

در حال حاضر، تحقیقات زیادی ارتباط برگشتی از اندامک‌ها به هسته را توصیف می‌کنند. اگر مشکلی در مورد اندامک‌ها وجود داشته باشد، آنها سیگنال‌هایی را به مرکز فرماندهی هسته ارسال می‌کنند. اطلاعات بسیار کمتری در مورد سیگنال های تنظیم کننده فعالیت که از هسته به اندامک ها ارسال می شود وجود دارد.

چن می گوید: هسته ممکن است بیان ژن های میتوکندری و کلروپلاست را به شیوه ای مشابه کنترل کند. بنابراین، اصولی که ما از مسیر ارتباطی هسته به کلروپلاست یاد می گیریم ممکن است درک ما نسبت به اینکه  هسته چگونه ژن های میتوکندری را تنظیم می کند و نقش آنها در سرطان را بیشتر کند.

اهمیت درک چگونگی کنترل فتوسنتز کاربردهایی فراتر از تحقیقات بیماری دارد. سکونت‌گاه‌های انسانی در سیاره‌ای دیگر احتمالاً به کشاورزی داخلی و ایجاد یک طرح سبک برای افزایش محصول در آن محیط نیاز دارد. علاوه بر این نتایج ملموس تر این تحقیق، برای تولیدکنندگان محصولات زراعی که با تغییرات آب و هوایی دچار چالش هستند مفید است.

چن گفت: دلیل اینکه ما می توانیم در این سیاره زنده بمانیم این است که موجوداتی مانند گیاهان می توانند فتوسنتز انجام دهند. بدون گیاهان نیز سایر موجودات مثل انسانها و حیوانات وجود نخواهند داشت. درک کامل و توانایی دستکاری رشد گیاهان برای امنیت غذایی حیاتی است.