Когда избыточная световая энергия поглощается растениями в процессе фотосинтеза, образуются вредные активные формы кислорода. Эти активные формы кислорода разрушают важные структуры, такие как белки и мембраны, препятствуя их нормальному функционированию. Исследователи обнаружили систему, используемую растениями для предотвращения окислительного стресса и безопасного осуществления фотосинтеза.
Исследовательская группа под руководством доцента МИЯКЭ Чикахиро (Высшая школа сельскохозяйственных наук Университета Кобе) сделала это открытие, о котором было сообщено в 11 журналах.
Использование световой энергии большинством фотосинтезирующих организмов достигает насыщения при 25-50% солнечного света. Другими словами, они регулярно подвергаются большему количеству световой энергии, чем им нужно для фотосинтеза. Когда листья облучаются избыточной световой энергией, хлоропласты, осуществляющие фотосинтез, могут легко пострадать от окислительного стресса и прекратить фотосинтез.
Ранее эта команда первой выяснила механизм образования активных форм кислорода. Опираясь на эти результаты, они разработали «импульсный метод» для искусственного вызова окислительного стресса. Они открыли систему окисления P700, используемую растениями для подавления производства активных форм кислорода.
P700, хлорофилл в реакционном центре фотосистемы I, является частицей, которая превращает кислород в активные формы кислорода. С конца 1980-х годов ученые знали, что окисление P700 можно увидеть в среде с избыточным солнечным светом, но эта команда первой определила его роль. Команда также обнаружила, что окисление P700 необходимо для роста цианобактерий, предков хлоропластов высших растений, а также функционирует в водорослях, мхах, папоротниках, голосеменных и покрытосеменных растениях.
Когда окисленный Р700 (Р700+) накапливается в системе окисления Р700, это снижает соотношение светостимулированного Р700 (Р700). P700 производит активные формы кислорода, отдавая электроны кислороду, образуя супероксидные радикалы или производя триплет P700, который передает световую энергию кислороду. Накопление P700 подавляет выработку активных форм кислорода через фотосинтетическую систему переноса электронов. Исследовательская группа также прояснила две стратегии, которые фотосинтезирующие организмы приобрели, чтобы позволить системе окисления P700 функционировать и накапливать P700+.
Открытие системы окисления P700 и ее роли показывает, что фотосинтезирующие организмы используют эту систему как физиологическую функцию, которая необходима в условиях окружающей среды. Эта система, обычная для фотосинтезирующих организмов, начинает функционировать при наличии избыточной световой энергии (вызванной экологическими стрессами, такими как сильный солнечный свет, засуха или нехватка питательных веществ). В результате P700 окисляется с образованием P700+. Когда происходит окисление P700, это указывает на то, что опасные активные формы кислорода также будут образовываться из-за избытка солнечного света.
Группа сосредоточилась на производстве P700+ в качестве предупреждающего маркера для активных форм кислорода и разрабатывает оборудование для обнаружения P700+. Мониторинг P700+ может обеспечить раннее выявление рисков окислительного стресса. Обработка продукции активных форм кислорода импульсным методом может позволить ученым оценить устойчивость растений к активным формам кислорода. Команда продолжит исследовать эти направления.