幾十年來，科學家們一直被植物發(fā)出的啟動光合作用的信號所困擾，光合作用是將陽光轉化為糖的過程。加州大學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。

半個世紀以來，植物學家已經(jīng)知道，植物細胞的指揮中心——細胞核——向細胞的其他部分發(fā)送指令，迫使它們進行光合作用。這些指令以蛋白質的形式出現(xiàn)，沒有它們，植物就不會變綠或生長。

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

Chen實驗室的科學家們發(fā)現(xiàn)了其中四種蛋白質的過程。

此前，Chen的團隊證明了植物細胞核中的某些蛋白質會被光激活，從而啟動光合作用。這四種新發(fā)現(xiàn)的蛋白質是這種反應的一部分，它們發(fā)出信號，將小器官轉化為葉綠體，從而產(chǎn)生促進生長的糖。

研究人員把整個光合作用過程比作交響樂。

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

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

這項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胞中的葉綠體和人類細胞中的線粒體之間的相似性。兩種細胞器都為生長提供燃料，都含有遺傳物質。

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

“細胞核可能以類似的方式控制線粒體和葉綠體基因的表達，因此，我們從細胞核-葉綠體通信途徑中學到的原理可能會進一步加深我們對細胞核如何調節(jié)線粒體基因及其在癌癥中的功能障礙的理解?！?/p>

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

“我們能在這個星球上生存的原因是因為植物等生物可以進行光合作用。沒有它們，就沒有動物，包括人類。”“充分了解和控制植物生長的能力對糧食安全至關重要?！?/p>

文章標題

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