Мох эволюционировал после водорослей, но раньше сосудистых наземных растений, таких как папоротники и деревья, что делает их интересной целью для ученых, изучающих фотосинтез - процесс, с помощью которого растения превращают солнечный свет в топливо. Теперь исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab) сделали открытие, которое может пролить свет на то, как эволюционировали растения, чтобы переселиться из океана на сушу.
Группа исследователей из лаборатории Беркли под руководством Масакадзу Иваи и Кришны Нийоги изучила фотосистему I, комплекс из нескольких белков, известный как «электронный узел» за его роль в фотосинтетическом транспорте электронов. Используя криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ), которая обеспечивает беспрецедентный уровень разрешения, они обнаружили, что структура белка в мхе под названием Physcomitrella patens отличается от структуры белка в других типах растений, таких как водоросли и травы.
Их статья «Уникальная надмолекулярная организация фотосистемы I у мха Physcomitrella patens» была опубликована в журнале Nature Plants. По словам Иваи, ведущего и отвечающего за корреспонденцию автора и исследователя в области биологических наук лаборатории Беркли, «многое еще неизвестно о фотосинтезе. Это исследование может помочь нам понять наземную трансформацию растений и то, как растения эволюционировали, чтобы жить на суше без водных условий».
Нийоги, биолог и автор соответствующей статьи, добавил: «Приспособление растений к земной среде было огромным и сложным шагом в эволюции жизни на Земле, поэтому важно понимать биологические инновации и процессы, которые позволил этому произойти."
Более того, более глубокое понимание того, как природа выполняет фотосинтез, который отвечает за почти все первичное производство биомассы на планете, может помочь ученым разработать искусственный фотосинтез, схему производства топлива из солнечного света, воды и углекислый газ. Для исследования исследователи сравнили структуру фотосистемы I мха с ее структурой у небольшого цветущего наземного растения Arabidopsis thaliana и у зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii. В частности, они рассмотрели фотосинтетический сбор света, который осуществляется «суперкомплексом», состоящим из двух белковых комплексов, фотосистемы I и белков ее светособирающего комплекса.
Иваи работал с Патрисией Гроб и Евой Ногалес из лаборатории Беркли над крио-ЭМ-визуализацией, которая позволяет исследователям получать изображения структуры белка с высоким разрешением без необходимости кристаллизации или окрашивания образца.
«Свет поглощается и передается в реакционные центры фотосистем I и II почти с идеальной эффективностью, и в этой статье показано уникальное расположение пигментно-белковых комплексов, которые выполняют этот подвиг», - сказал Нийоги.«Работа имеет значение для эволюции фотосинтеза у растений, потому что организм, который мы изучали - Physcomitrella (мох) - является представителем одной из самых ранних линий наземных растений, поэтому мы можем получить представление о том, что такое свет- Антенна для сбора урожая могла выглядеть так же, как во время эволюции наземных растений."