Mensen vermijden zonnebrand door zonnebrandcrème aan te brengen. Maar hoe voorkomen planten dat ze zich verbranden?

Wetenschappers hebben een steeds geavanceerder begrip van mechanismen die zorgen voor efficiënte fotosynthese onder laboratoriumgestuurde lichtomstandigheden. Maar er is minder bekend over de regulatie van fotosynthese wanneer planten snelle en extreme veranderingen in zonlicht ervaren, die mogelijk schadelijke effecten kunnen hebben op de fotosynthetische efficiëntie en productiviteit.

Rob Laatste, Michigan State University Barnett Rosenberg Professor, en postdoctoraal onderzoeker Jun Liu, werken aan een beter begrip van deze mechanismen. De resultaten van hun onderzoek zijn deze maand gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

De MSU-onderzoekers hebben de cruciale rol van MPH2 ontdekt, een eiwit in het lumen van het chloroplast thylakoïde membraan dat nodig is voor het herstel van fotosysteem II, of PSII, wanneer beschadigd door overtollige lichtenergie. Ze ontdekten dat het verlies van MPH2 in de bloeiende plant Arabidopsis thaliana PSII-reparatiedeficiëntie veroorzaakt onder veranderend licht.

"Fotosynthese heeft een evenwichtsoefening. Energie uit zonlicht is essentieel voor de omzetting van kooldioxide en water in biomassa en chemische energie. Te veel energie van de zon vernietigt het vermogen van PSII om te functioneren, en deze beschadigde reactiecentra moeten worden gerepareerd zodat ze weer aan de slag kunnen met fotosynthese, " zei Laatste, die deel uitmaakt van de afdelingen plantenbiologie en biochemie en moleculaire biologie van het College of Natural Science.

Ze hebben ook ontdekt dat mutanten in dit eiwit - en vele andere eerder beschreven PSII-reparatiemutanten - lijden wanneer ze worden gekweekt onder dynamisch veranderende lichtomstandigheden.

"Dit in tegenstelling tot mutanten die gebrekkig zijn in het voorkomen van schade, die niet lijken te lijden onder dynamische lichtomstandigheden, " Laatst gezegd. "Dit verschil tussen reparatie- en beschermingsmechanismen is van potentieel belang voor het ontwerpen van 'veerkrachtige' gewassen die productief zijn onder stressvolle en dynamische omstandigheden."

De hoeveelheid zon die op planten schijnt, fluctueert enorm op tijdschalen van seconden tot seizoenen, zei Liu.

"Ik vind het fascinerend dat dit moleculaire mechanisme ervoor zorgt dat fotosynthetische organismen ondanks deze enorme veranderingen kunnen gedijen, " hij zei.

Deze bevindingen kunnen inzicht bieden in de evolutie van fotosynthese, voegde Liu toe.

"Inzicht in de rol van MPH2 en andere PSII-reparatie-eiwitten zou kunnen leiden tot veredeling en genetische manipulatie van gewassen die bestand zijn tegen barre klimaten en dynamische omgevingen om duurzaam te voldoen aan de toenemende vraag naar voedsel, brandstof en vezels in deze tijd van veranderend klimaat en snelle bevolkingsgroei, " hij zei.