Skip to main content

Regulation of iron-sulfur (Fe-S) cluster assembly in plastids and coordination with plant physiology

Article Category

Article available in the folowing languages:

Formowanie się klastrów żelaza i siarki w roślinach

Fotosynteza, czyli zdolność do przekształcania energii słonecznej w pożywienie, jest niezbędna dla utrzymania wszelkich form życia na Ziemi. Klastry żelaza i siarki (Fe-S) są jednym z podstawowych składników chloroplastów i odgrywają ważną rolę w fotosyntezie.

Zmiana klimatu i środowisko

W obliczu globalnej zmiany klimatu i dynamicznie zmieniających się warunków środowiskowych, zrozumienie regulacji i działania klastrów Fe-S jest niezwykle ważne. W tym kontekście badacze zainicjowali finansowany ze środków UE projekt INTEGRREGULFESPLAST. Wcześniejsze badania wskazywały, że enzym desulfurazy cysteinowej (CpNifS) jest potrzebny do dostarczania siarki podczas tworzenia się klastrów Fe-S w chloroplastach. Białko CpSufE wiąże się z CpNifS, formując klastry Fe-S. Nie wiadomo jednak, jak dokładnie chloroplasty formują te klastry. Aby rozwiązać ten problem, badacze zastosowali zintegrowane podejście łączące biochemię, fizjologię i genetykę w modelowej roślinie rzodkiewniku pospolitym, aby zbadać system tworzenia klastrów Fe-S przez chloroplasty. Rośliny hodowano w warunkach hydroponicznych, aby ocenić ich reakcję na zmiany środowiska oraz ilości substancji odżywczych. W szczególności analizowano różne poziomy Fe i S oraz zmienne warunki oświetlenia. Uczeni ocenili zmiany parametrów fizjologicznych i fenotypicznych, takich jak biomasa roślinna, zawartość chlorofilu, aktywność fotosyntetyczna i ekspresja genów. Przy pomocy technik takich jak western blot oraz gromadzenie przeciwciał, naukowcy zaobserwowali zmiany poziomu docelowych białek i regulacji Fe-S. Zaprojektowano sztuczne konstrukcje interferencji RNA oraz wybrano zmutowane rośliny KO w celu warunkowego wytłumienia białek i zbadania ich funkcji. Uczestnicy projektu wyizolowali wcześniej kilka komponentów należących do określonych rodzin białek kojarzonych z biogenezą Fe-S w chloroplaście przy pomocy analogii sekwencyjnej. Jedno z ważnych odkryć dotyczyło interakcji między reduktazą adenozyno-5-fosfosiarczanu (APR) a SufE oraz jej roli w metabolizmie S podczas formowania klastrów Fe-S. Wyniki tych analiz wskazują na zmniejszone dostarczanie białek APR przy podawaniu małych ilości Fe, co sugeruje, że aktywność desulfurazy cysteinowej może być zależna od Fe. Poziom Fe nie miał jednak wpływu na poziomy NifS i SufE. Uczestnicy projektu INTEGRREGULFESPLAST powiązali działanie białek z całą fizjologią rośliny. Uzyskano nowe wiadomości na temat wczesnych procesów regulacyjnych związanych z biogenezą klastrów Fe-S. Wyniki omawianych badań mogą zostać w przyszłości wykorzystane do usprawnienia produkcji biomasy i zwiększenia wydajności produkcji rolnej, przyczyniając się do zwiększenia światowego bezpieczeństwa żywnościowego.

Słowa kluczowe

Klaster Fe-S, fotosynteza, chloroplast, desulfuraza cysteinowa, CpNifS, CpSufE, hydroponiczne, fizjologiczne, fenotypiczne, Western blot, przeciwciało, białko, interferencja RNA, APR, bezpieczeństwo żywnościowe

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania