何十年もの間、科学者たちは、植物が光合成 (太陽光を糖に変えるプロセス) を開始するために自分自身に送信するシグナルに困惑してきました。 カリフォルニア大学リバーサイド校の研究者は、以前は不透明だった信号を解読しました。
半世紀にわたり、植物細胞の司令部である核が細胞の他の部分に指示を送り、光合成を進めるように強制することを植物学者は知っていました. これらの指示はタンパク質の形でもたらされ、それがなければ植物は緑色に変わったり成長したりしません.
「私たちの課題は、核が小さなオルガネラの構成要素を含む何百ものタンパク質をコードしていることでした。 どれが光合成を誘発する信号であるかを決定することは、干し草の山から針を見つけるようなものでした」と、UCR 植物学教授の Meng Chen は述べています。
チェンの研究室の科学者がこれらのタンパク質のうちの XNUMX つを見つけるために使用したプロセスは、現在、 ネイチャー·コミュニケーションズ 紙.
以前は、チェンのチーム 実証 植物の核内の特定のタンパク質が光によって活性化され、光合成が開始されること。 新たに同定されたこれら XNUMX つのタンパク質は、その反応の一部であり、小さな器官を葉緑体に変換するシグナルを送信し、成長を促進する糖を生成します。
チェンは、光合成プロセス全体を交響曲になぞらえています。
「交響曲の指揮者は、光に反応する光受容体と呼ばれる核内のタンパク質です。 この論文では、赤と青の両方の光に敏感な光受容体が交響曲を開始することを示しました。 それらは、光合成の構成要素をコードする遺伝子を活性化します。」
この場合のユニークな状況は、交響曲はセル内の XNUMX つの「部屋」で、ローカル (核) ミュージシャンとリモート ミュージシャンの両方によって演奏されることです。 そのため、核内にのみ存在する伝導体 (光受容体) は、離れた場所にいるミュージシャンにメッセージを送信する必要があります。 この最後のステップは、核から葉緑体に移動する XNUMX つの新たに発見されたタンパク質によって制御されます。
現在、オルガネラから核への通信について多くの研究が行われています。 オルガネラに異常があれば、信号を核の「本部」に送ります。 核からオルガネラに送られる活動調節シグナルについては、ほとんどわかっていません。
「核は、ミトコンドリアと葉緑体の遺伝子の発現を同様の方法で制御している可能性があります」とチェンは述べています。 「したがって、核から葉緑体への伝達経路から学んだ原則は、核がミトコンドリア遺伝子をどのように制御しているか、および癌におけるそれらの機能不全についての理解を深める可能性があります」と、Chen 氏は述べた。
光合成がどのように制御されているかを理解することの重要性は、病気の研究以外にも応用できます。 別の惑星に人間が居住するには、室内での農業と、その環境で収穫量を増やすための照明計画の作成が必要になる可能性があります。 さらに差し迫った問題として、気候変動はこの地球上の作物生産者に課題を突きつけています。
「私たちがこの地球で生きていけるのは、植物などの生物が光合成をできるからです。 それらがなければ、人間を含む動物は存在しません」とチェンは言いました。 「植物の成長を完全に理解し、操作する能力は、食料安全保障にとって不可欠です。」
📰プレスリリース ユーレカアラートで.
🔬 順行性シグナル伝達は、核の光合成遺伝子とは別に、シグマ因子を介して色素体転写を制御します at ネイチャー·コミュニケーションズ.
