Vilka är de första utvecklingsstegen när en cell blir grön?

Yan Ji har studerat utvecklingen av kloroplaster, platserna i cellen där fotosyntesen äger rum. Kloroplastutveckling är en mycket komplex process och Yan Ji visar att vissa regleringssteg inträffar redan tidigare än man antagit. Hon försvarade framgångsrikt sin doktorsavhandling vid Umeå universitet tisdagen den 15 december.

Gröningsprocessen startar så snart cellen får ljus, till exempel när en groddplanta når över markytan. Kloroplasten härstammar från en cyanobakterie som togs upp av en eukaryot cell. Under evolutionen har en del av den genetiska informationen från cyanobakterien överförts till genmaterialet i värdcellen och lagras i kärnan. Kloroplastutveckling kräver därför en samordnad kommunikation mellan kloroplasten och kärnan. Yan Ji har studerat de tidiga stadierna av kloroplastutvecklingen i modellväxten Arabidopsis thaliana.

Ett cellodlingssystem gjorde det möjligt för henne att sätta upp ett tidsupplöst experiment över cellers tidiga stadier. När mörkervuxna plantor får ljus tar det cirka 12 till 24 timmar tills kloroplasterna är gröna och helt mogna. I cellodlingssystemet tar det fem dagar tills cellerna börjar bli gröna efter att de fått ljus och cellerna utvecklas synkroniserat och liknar kloroplastutvecklingen i en plantas första äkta blad som utvecklas direkt efter groddblad.

– Cellodlingssystemet är naturligtvis mer artificiellt eftersom cellerna isoleras från ett vävnadssammanhang, vilket också spelar en viktig roll för utveckling. Därför kompletterade vi alltid våra cellodlingsexperiment med experiment med plantor för att verifiera resultaten, säger Yan Ji, Institutionen för fysiologisk botanik.

Hon fokuserade sina studier på den plastid-kodade plastid-RNA polymeras, PEP. Detta är ett proteinkomplex med flera subenheter i kloroplasten som ansvarar för aktiveringen av de flesta gener som behövs för fotosyntes. Man har tidigare trott att det fullständigt monterade komplexet som är associerat med ytterligare proteiner endast är tillgängligt i ljus när kloroplasten utvecklas och mognar, medan i mörkret trodde man att PEP huvudsakligen fanns närvarande i sin kärnform bestående av bara fyra kärnunderenheter.

Yan Ji ville studera när de olika underenheterna rekryterades till proteinkomplexet under utveckling av kloroplaster och fokuserade på den tid då cellerna precis börjar bli gröna.

– Jag insåg dock att det helt monterade komplexet redan fanns tillgängligt både i våra mörkerodlade celler och i de mörkerodlade plantorna. Jag kunde också indirekt visa att komplexet redan var aktivt i detta skede. Skillnaden för den mer mogna kloroplasten var att antalet tillgängliga komplex var mycket lägre. Jag förväntade mig inte att hitta det helt monterade PEP-komplexet så tidigt under kloroplastutvecklingen.

Vilka är dina planer för den närmsta framtiden?

– Jag vill definitivt göra en postdoc antingen hemma i Kina eller någonstans i Sverige. Under min doktorandtid har jag lärt mig mycket och jag ser verkligen fram emot att starta ett nytt projekt och tillämpa mina erfarenheter från den här tiden. Förhoppningsvis hittar jag ett intressant projekt inom fotobiologi eller fotosyntesforskning för att kunna fortsätta inom detta område. Jag skulle vara mycket intresserad av att studera dessa ämnen i andra växtarter för att se vilka processer och komponenter som bevaras bland arter.

Läs hela avhandlingen

Pressbild. Foto. Anne Honsel

Om disputationen:

Tisdagen den 15 december 2020 försvarade Yan Ji, Institutionen för fysiologisk botanik vid Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Regulation of chloroplast development during the greening process.

Fakultetsopponent var Eevi Rintamäki, Department of Biochemistry at the University of Turku i Finland. Yan Jis handledare var professor Åsa Strand.

Disputationen var digital och livesändes via Zoom.

För mer information, kontakta gärna:

Yan Ji, Institutionen för fysiologisk botanik
Telefon: +46 90-786 55 13
E-post: yan.ji@umu.se