Så reglerar växter sin fotosyntes

Fotosyntesen är en invecklad process där gröna växter och alger med hjälp av ljusenergi tillverkar socker av vatten och koldioxid. En omdiskuterad fråga är hur den anpassas till variationer i klimatet. Forskare vid Linköpings universitet visar nu hur växterna reglerar processen genom att modifiera proteiner i cellen.

LiU-forskarnas resultat publiceras i den ansedda tidskriften Plant Cell.

Kloroplasterna är de kemiska fabriker inne i cellerna där fotosyntesen sker. Det gröna klorofyllet är fästat vid långa membransystem, tylakoider, som för att få plats inuti kloroplasten bildar strukturer som kan liknas vid staplar av mynt. Dessa så kallade grana är föränderliga vilket medger att fotosyntesen kan fungera effektivt även när klimatet varierar.

Men hur växterna reglerar denna membranstruktur, hur den bibehålls och vad som avgör storleken har hittills varit okänt.

Professor Alexander V. Vener och hans forskargrupp vid Avdelningen för cellbiologi visar nu att det är en specifik proteinmodifiering, fosforylering, som ligger bakom dynamiken. Fosforylering som innebär att en eller flera fosfatgrupper binds till proteinet är den vanligaste formen av intern signalering i alla organismer.

Som modellväxt har forskarna använt backtrav (Arabidopsis thaliana). En muterad variant som saknar de enzym som sätter igång fosforyleringen, kinaser, har jämförts med den vilda typen av samma växtart. När enzymet inte var verksamt bildade den muterade växten abnormt stora staplar av grana. Dynamiken i membranen upphörde och nödvändiga adapteringsprocesser påverkades.

Detta förklarar resultaten av tidigare forskning där plantor av den muterade backtraven producerat 41 procent färre frön än plantor av den normala växttypen.

Slutsatsen av studien som genomförts i samarbete med kolleger i Genève, Schweiz, är att fosforylering av membranproteiner påverkar den makroskopiska strukturen hos fotosyntesmembran, vilket tillåter växter att anpassa sig till olika klimatförhållanden.

Artikel: Phosphorylation of photosystem II controls functional macroscopic folding of photosynthetic membranes in Arabidopsis av Rikard Fristedt, Adrian Willig, Pontus Granath, Michèle Crèvecoeur, Jean-David Rochaix och Alexander V. Vener. Plant Cell Preview, december 2009.
Open access: http://www.plantcell.org/cgi/content/short/tpc.109.069435?keytype=ref&ijkey=Z14TUR3sNzBIqH7

Kontakt:
Alexander V. Vener, professor i cellbiologi, 013-224050, alexander.vener@liu.se
Rikard Fristedt, doktorand i medicinsk cellbiologi, 013-225133, 073-9047374, rikard.fristedt@liu.se