幾十年來，科學(xué)家們一直被植物發(fā)出的啟動(dòng)光合作用的信號(hào)所困擾，光合作用是將陽光轉(zhuǎn)化為糖的過程。加州大學(xué)河濱分校的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)解碼了這些以前不透明的信號(hào)。

半個(gè)世紀(jì)以來，植物學(xué)家已經(jīng)知道，植物細(xì)胞的指揮中心——細(xì)胞核——向細(xì)胞的其他部分發(fā)送指令，迫使它們進(jìn)行光合作用。這些指令以蛋白質(zhì)的形式出現(xiàn)，沒有它們，植物就不會(huì)變綠或生長。

“我們的挑戰(zhàn)是，細(xì)胞核編碼了數(shù)百種蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)包含較小的細(xì)胞器的構(gòu)建模塊。確定哪些是觸發(fā)光合作用的信號(hào)就像大海撈針一樣，”加州大學(xué)圣地亞哥分校的植物學(xué)教授Meng Chen說。

Chen實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了其中四種蛋白質(zhì)的過程。

此前，Chen的團(tuán)隊(duì)證明了植物細(xì)胞核中的某些蛋白質(zhì)會(huì)被光激活，從而啟動(dòng)光合作用。這四種新發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)是這種反應(yīng)的一部分，它們發(fā)出信號(hào)，將小器官轉(zhuǎn)化為葉綠體，從而產(chǎn)生促進(jìn)生長的糖。

研究人員把整個(gè)光合作用過程比作交響樂。

“交響樂的指揮者是細(xì)胞核中被稱為光感受器的蛋白質(zhì)，它們對光有反應(yīng)。我們在這篇論文中表明，紅色和藍(lán)色感光器都能啟動(dòng)交響樂。它們激活了編碼光合作用組成部分的基因。”

在這種情況下，獨(dú)特的情況是，交響樂在細(xì)胞的兩個(gè)“房間”中由本地(核心)和遠(yuǎn)程音樂家演奏。因此，只存在于原子核中的導(dǎo)體(光感受器)必須遠(yuǎn)距離向位于遠(yuǎn)處的音樂家發(fā)送一些信息。這最后一步由四種新發(fā)現(xiàn)的從細(xì)胞核到葉綠體的蛋白質(zhì)控制。

這項(xiàng)研究是由美國國立衛(wèi)生研究院資助的，希望它能幫助治愈癌癥。這一希望是基于植物細(xì)胞中的葉綠體和人類細(xì)胞中的線粒體之間的相似性。兩種細(xì)胞器都為生長提供燃料，都含有遺傳物質(zhì)。

目前，許多研究描述了從細(xì)胞器到細(xì)胞核的通信。如果細(xì)胞器有問題，它們就會(huì)向細(xì)胞核“總部”發(fā)送信號(hào)。我們對從細(xì)胞核發(fā)送到細(xì)胞器的活動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)知之甚少。

“細(xì)胞核可能以類似的方式控制線粒體和葉綠體基因的表達(dá)，因此，我們從細(xì)胞核-葉綠體通信途徑中學(xué)到的原理可能會(huì)進(jìn)一步加深我們對細(xì)胞核如何調(diào)節(jié)線粒體基因及其在癌癥中的功能障礙的理解。”

了解光合作用是如何被控制的意義不僅限于疾病研究。在另一個(gè)星球上的人類定居點(diǎn)可能需要室內(nèi)農(nóng)業(yè)，并創(chuàng)造一個(gè)光照方案來提高該環(huán)境的產(chǎn)量。更直接的是，氣候變化給這個(gè)星球上的農(nóng)作物種植者帶來了挑戰(zhàn)。

“我們能在這個(gè)星球上生存的原因是因?yàn)橹参锏壬锟梢赃M(jìn)行光合作用。沒有它們，就沒有動(dòng)物，包括人類?！薄俺浞至私夂涂刂浦参锷L的能力對糧食安全至關(guān)重要?！?/p>

文章標(biāo)題

Anterograde signaling controls plastid transcription via sigma factors separately from nuclear photosynthesis genes