Molekyylitason fotosynteesitutkimus havupuilla – uutta tietoa talvenkestävyyteen (Väitös: MSc Steffen Grebe, 29.6.2022, molekulaarinen kasvibiologia)
MSc Steffen Greben väitöskirjatutkimus tarjoaa uutta tietoa ikivihreiden havupuiden fotosynteesiin liittyvistä näkökohdista ja niiden dynaamisesta reagoinnista vuodenaikaiseen ja globaaliin ympäristömuutokseen.
Fotosynteesi muuttaa auringon valoenergiaa kemialliseksi energiaksi, ja se on yksi maapallon vanhimmista ja tärkeimmistä kemiallisista reaktioista. Ymmärryksemme kasvien fotosynteesistä ja varsinkin sen ympärivuotisesta säätelystä perustuu kuitenkin suurelta osin muutamiin kasvibiologian mallilajeihin, joihin eivät kuulu havupuut, kuten kuusi ja mänty (Pinaceae).
Boreaaliset metsät ovat paitsi taloudellisesti erittäin arvokkaita Pohjoismaissa, ne ovat myös pohjoisen ekosysteemin perusta ja ilmastonmuutoksen hillinnän kannalta olennaisia hiilinieluja. Metsien hiilinielukapasiteettiin vaikuttaa suuresti niiden kyky ylläpitää tehokasta fotosynteesiä muuttuvissa olosuhteissa, mikä taas ylläpitää puiden kasvua ja biomassan tuotantoa. Itse fotosynteesi on vahvasti riippuvainen ympäristöolosuhteista, ja se on hyvin haavoittuvainen epäsuotuisille ympäristöolosuhteiden muutoksille.
Grebe analysoi väitöskirjassaan Etelä-Suomen luonnollisissa kasvupaikoissa kasvaneiden kuusen ja männyn fotosynteesin ominaisuuksia ja kehitti uusia välineitä näiden aikaisemmin molekulaarisessa fotosynteesitutkimuksessa aliedustettuna pysyneiden mutta erittäin tärkeiden kasvilajien tutkimiseen.
- Itseräätälöidyn massaspektrometrisen proteiinitietokannan rakentaminen kuuselle mahdollisti fotosynteesikoneiston yksityiskohtaisen tutkimisen, mikä paljasti kuusen ja mäntyjen ainutlaatuisen koostumuksen maakasvien joukossa. Tämä on pieni mutta tärkeä askel kohti kuusen vakiinnuttamista fotosynteesin mallilajiksi, Grebe sanoo.
Sen lisäksi, että tutkimus laajensi tietoa evolutiivisesti kaukana toisistaan olevien kasvilajien välisestä vaihtelusta, siinä tunnistettiin kuusen kloroplastien tylakoidikalvossa tieteelle uusia fotosynteettisten proteiinien fosforylaatioita. Tulokset viittaavat siihen, että nämä ovat osa fotosynteettistä talvenkestävyysvastetta, joka auttaa boreaalisia ikivihreitä havupuita sietämään äärimmäisiä ympäristömuutoksia, kuten pakkaslämpötilojen ja voimakkaan säteilyn yhdistelmiä.
Uusien funktionaalisten mittausparametrien kehittäminen mahdollisti erilaisten vuodenaikojen muutokseen liittyvän fotosynteesidynamiikan tunnistamisen kuusessa ja männyssä ja parametrien linkittämisen molekyylitason mekanismeihin, jotka säätelevät vuodenaikojen muutoksiin liittyviä fotosynteettisiä akklimoitumisreaktioita.
Greben tutkimus auttaa laajentamaan nykyaikaisen fotosynteesitutkimuksen kenttää vallitsevien mallikasvilajien ulkopuolelle. Fotosynteesiprosesseja ja niiden säätelyä kuvaavien mallien päivittämistä tarvitaan kipeästi erityisesti boreaalisilla ikivihreillä havupuilla, kuten männyillä.
- Toivottavasti näin voimme paremmin seurata boreaalisten metsien hyvinvointia ja kasvua sekä arvioida niiden tehokkuutta hiilinieluina ilmastonmuutoksen hillitsemisessä, kertoo Grebe.
***
MSc Steffen Grebe esittää väitöskirjansa ”Photosynthetic Characteristics of Pinaceae - From Evolution to Environmental Acclimation” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa keskiviikkona 29.6.2022 klo 10.00 (Turun yliopisto, PharmaCity, Pha1-auditorio, Itäinen Pitkäkatu 4, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Wah Chow (Australian National University) ja kustoksena professori Eevi Rintamäki (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on molekulaarinen kasvibiologia.
Turun yliopisto seuraa aktiivisesti koronavirustilannetta ja viranomaisten ohjeita. Yliopisto päivittää ohjeitaan tilanteen mukaan. Ohjeet ja linkit löytyvät osoitteesta: utu.fi/koronavirus
Väittelijän yhteystiedot: stegre@utu.fi
