Yhteyttäminen perustuu kasvien kykyyn käyttää auringon valoenergiaa hiilidioksidin sitomiseen sokereiksi. Yhteyttämisen ensimmäisessä vaiheessa valon energiaa käytetään veden hajottamiseen. Veden hajotuksessa vapautuneita elektroneja siirtyy viherhiukkasessa eli kloroplastissa sijaitsevien reaktiokeskusten (PSI ja PSII) kautta yhdisteelle, jota käytetään hiilidioksidin sitomiseen.
Reaktiokeskuksia ympäröiviä valohaaveja tarvitaan kaappaamaan valohiukkasia ja siirtämään niiden sisältämä energia reaktiokeskuksille. Mikäli toiselle reaktiokeskukselle virtaa olosuhteiden muuttuessa ylimäärin energiaa, voivat kasvit säätää valohaavien kokoa siirtämällä osan toisen reaktiokeskuksen valohaavista toiselle, jolloin energiatasapaino palautuu. Epätasapaino valoreaktioiden välillä voi pahimmillaan vaurioittaa yhteyttämiskoneistoa.
– Yksi parhaiten tunnettuja mekanismeja, joiden avulla kasvit säätelevät valohaavien toimintaa, on fosfaattiryhmän liittäminen valohaaviin. Tätä mekanismia kutsutaan fosforylaatioksi. Jos PSII-reaktiokeskus saa liikaa energiaa, apuun rientää entsyymi, joka liittää PSII-reaktiokeskuksen valohaavin proteiineihin fosfaattiryhmiä. Fosfaattiryhmät muuttavat valohaavin rakennetta siten, että osa haavista siirtyykin PSI-reaktiokeskukselle, Turun yliopiston molekulaarisen kasvibiologian apulaisprofessori Paula Mulo Turun yliopistosta selittää.
Yhteys valohaavin säätelyyn löytyi yllätyksenä
Fosforylaatio ei ole ainoa tapa, jolla kasvit ja muut eliöt muuttavat aineenvaihduntaansa. Fosforylaation ohella myös asetyyliryhmän liittäminen proteiinin rakenteeseen voi vaikuttaa esimerkiksi entsyymien aktiivisuuteen tai proteiinin sijaintiin solussa. Uusien menetelmien kehittyminen on johtanut asetyloitujen proteiinien löytymiseen myös viherhiukkasesta. Paula Mulon ryhmä tutkii viherhiukkasessa toimivia entsyymejä, jotka siirtävät asetyyliryhmiä muille proteiineille. Näitä entsyymejä kutsutaan asetyylitransferaaseiksi.
– Bakteereissa ja eläinsoluissa tehdyissä tutkimuksissa on havaittu, että asetylaatiolla on keskeinen rooli energia-aineenvaihdunnan säätelyssä. Niinpä ajattelimme, että asetylaatiolla saattaisi olla samanlainen merkitys myös kasveissa. Viherhiukkasissa kun tapahtuu leijonanosa kasvien energia-aineenvaihdunnasta, Mulo selittää.
– Odotimme näiden entsyymien vaikuttavan kasvien hiilidioksidinsidontakykyyn tai sokeriaineenvaihduntaan, mutta yllättäen yhdellä tutkimistamme entsyymeistä näyttikin olevan huomattava vaikutus valoreaktioiden toimintaan. Tarkemmat kokeet osoittivat, että tämä entsyymi on edellytys valohaavin uudelleenjärjestäytymiselle muuttuvissa valo-olosuhteissa, Mulo täsmentää.
Tulokset muuttavat alalla vallitsevia käsityksiä
Mulon ryhmä pystyi osoittamaan, että viherhiukkasessa toimiva asetylaasitransferaasi vaikuttaa valohaavin toimintaan fosforylaatiosta riippumatta. Seuraavaksi tutkijat haluavat selvittää asetylaation ja valohaavien säätelyn yksityiskohtaisen mekanismin.
– Yhteyttämisen perusmekanismit ja yhteyttämiseen osallistuvat viherhiukkasen rakenneosaset tunnetaan jo melko hyvin, mutta säätelytekijöiden selvittämisessä on vielä paljon työsarkaa edessä. Proteiinien asetylaation yhdistäminen valohaavin säätelyyn on yksi uusi pala tähän palapeliin, joka avaa uusia ovia valoreaktioiden säätelyn ymmärtämiseksi. Tämä puolestaan voi johtaa yhteyttämistehokkuuden parantamiseen, mikä saattaa vaikuttaa suoraan sadon määrän lisääntymiseen ja kasvien stressinsietokyvyn paranemiseen, Mulo kertoo.
Paula Mulon ryhmän tutkimus tehtiin yhteistyössä Münsterin yliopiston professori Iris Finkemeierin kanssa ja tulokset julkaistiin The Plant Cell -julkaisun heinäkuun numerossa.
TJ
