Barrträdens barr förbrukar syre när tiderna är svåra

Växter ger oss syre genom fotosyntesen – det lär vi oss i skolan. En internationell grupp av forskare har nu visat att barrträd, särskilt tidigt på våren när det samtidigt kan vara kallt och mycket ljust, förbrukar i stället för att producera syre genom att använda en ”primitiv” mekanism. Resultaten har publicerats nyligen i Nature Communications.

Växternas fotosyntes, som sker i thylakoidmembranen inuti bladens kloroplaster, frigör syre till vår atmosfär och producerar kolhydrater. Djur och svampar utför den motsatta reaktionen och förbrukar syre under andningen. Växter andas också, till exempel under natten och i rötterna, men under dagen är bladen och barren riktiga "syrefabriker".

Tatyana Shutova, förste forskningsingenjör vid Umeå universitet, blev därför mycket förvånad när hon testade ett nytt instrument för att mäta det syre som frigörs under fotosyntesen. Hon fann att gröna thylakoidmembranprover från tall- och granbarr på vintern betedde sig tvärtom mot de från sommarbarr. De förbrukade syre i ljuset.

– Jag trodde att det var något fel på instrumentet och upprepade mätningarna. Men jag fick samma resultat över flera vintrar och för både tall och gran, säger Tatyana Shutova som jobbar i Stefan Jansons forskargrupp vid Umeå Plant Science Centre.

Resultaten förbryllade forskarna

De prover som Tatyana Shutova analyserade hade samlats in av Pushan Bag, som i sitt doktorandprojekt vid Umeå universitet studerade hur barrträd kunde hålla sina barr gröna under den långa och kalla boreala vintern.

Förbryllade över resultaten bestämde forskarna för att undersöka fenomenet vidare med hjälp av en kombination av sofistikerade tekniker. Tillsammans med Dmitry Shevela från Umeå universitet och Johannes Messinger, professor vid Uppsala universitet, använde de ett specialinstrument som gjorde det möjligt för dem att skilja mellan producerat och förbrukat syre.

– För att fastställa exakt var syret förbrukades fick vi använda eliminationsmetoden för att utesluta alla andra reaktioner som potentiellt kunde förbruka syre. Till slut återstod bara ett alternativ: syreförbrukningen skedde runt fotosystem I – ett av de två huvudsakliga fotosyntes-komplexen – och med hjälp av en speciell typ av protein som kallas Flavodiiron-protein, förklarar Pushan Bag, nu ”Human Frontiers Long-term Fellow” vid Oxfords universitet.

Sanchali Nanda och Jenna Lihavainen på Umeå universitet och Alexander Ivanov från University of Western Ontario, Kanada deltog också i projektet.

Intressant koppling till tidigare studie

Flavodiironproteiner finns i alger och cyanobakterier och bidrar till att skydda deras fotosyntesapparat från skador när ljuset blir för starkt. Blomväxter har förlorat dem under sin utveckling, men barrträden har dem kvar, och denna studie tyder på att de bidrar till högljusskydd även i barrträd.

I en tidigare studie som forskarna publicerade för tre år sedan i samma tidskrift identifierade de en annan mekanism – en slags kortslutning mellan fotosystem II och I som används av barrträd för att skydda deras fotosyntesapparat under vintern.

– Det finns intressanta paralleller mellan dessa två studier. I båda fallen har barrträden behållit en process som finns hos mer primitiva växter men som blomväxterna har förlorat eller inte utnyttjar i samma utsträckning. Barrträden verkar ta det säkra före det osäkra, de kan vara mindre effektiva under optimala förhållanden men i stället mer konkurrenskraftiga i tuffa klimat, säger Stefan Jansson, professor i växters cell- och molekylärbiologi, som ledde projektet.

Om den vetenskapliga artikeln

Bag, P., Shutova, T., Shevela, D., Lihavainen J., Nanda, S., Ivanov, A. G., Messinger J. & Jansson S.; Flavodiiron-mediated O2 photoreduction at photosystem I acceptor-side provides photoprotection to conifer thylakoids in early spring. Nature Communications 14, 3210 (2023).

Läs hela artikeln här

För frågor, vänligen kontakta:

Stefan Jansson, professor vid Umeå Plant Science Centre och Institutionen för fysiologisk botanik, Umeå universitet

Telefon: 090-786 53 54

E-post: stefan.jansson@umu.se

Pressbild