Het oogsten van zonlicht om energie te maken is een complexe reactie die planten van nature doen, maar wordt niet goed begrepen.

Een onderzoeksteam onder leiding van een professor aan de Washington State University heeft een nieuwe tool ontwikkeld om te bestuderen hoe lipiden interageren met eiwitten in planten om te helpen begrijpen hoe fotosynthese plaatsvindt.

In de krant, gepubliceerd in de Tijdschrift voor biologische chemie eerder dit jaar, de wetenschappers gebruikten dit nieuwe hulpmiddel om het lipide te vinden dat bepaalt wanneer een fotosynthetisch eiwit overschakelt van een lichtoogster naar een energiedissipator in planten.

"Er is veel potentieel gevaar met fotosynthese, " zei Helmut Kirchhoff, professor aan het Instituut voor Biologische Chemie van de WSU. "Als planten lichtenergie opnemen die niet goed wordt gebruikt voor hun stofwisseling, het kan de plant vergiftigen en cellen doden. De omschakeling van licht-oogstende eiwitten is essentieel om het systeem te beschermen wanneer er te veel licht beschikbaar is."

Tot nu, niemand wist zeker hoe planten die toxiciteit op zonnige dagen vermeden. Het is een belangrijke wetenschappelijke doorbraak.

Het rapport is onlangs gekozen door Wetenschap magazine als editor's choice paper voor maart 2020.

"Ik was echt verrast dat ik werd gekozen, "Zei Kirchhoff. "We waren erg opgewonden en vereerd om in zo'n toptijdschrift te worden uitgekozen."

Kirchhoff schreef het artikel met co-auteurs Stefanie Tietz, Ricarda Höhner, en Alice Olson van WSU en Michelle Leuenberger en Graham R Fleming van de Universiteit van Californië, Berkeley.

Hoe het werkt

In de krant, ontwikkelden de onderzoekers een methode om te bestuderen hoe lipiden, dat zijn moleculen in celmembranen die verschillende functies vervullen, interageren met eiwitten in chloroplasten, het deel van groene plantencellen dat licht fotosynthetiseert.

Ze ontdekten dat één specifiek type lipide, een niet-dubbellaags lipide genoemd, lijkt de omschakeling te regelen die het licht-oogstende eiwit maakt wanneer de plant voldoende licht heeft en een deel van de ontvangen energie moet afvoeren.

"We waren achterdochtig dat dit niet-dubbellaagse lipide een rol speelde bij het controleren van de structuur en functie van membraaneiwitten, " zei Kirchhoff. "We wisten dat het een functie moest hebben om daar te zijn, omdat het de meest voorkomende lipide in fotosynthetische membranen is. We wisten alleen niet precies wat die rol zou zijn."

Toekomstig gebruik van bevindingen

In een veranderend klimaat met een toenemende menselijke bevolking, meer voedsel verbouwen met minder middelen zal essentieel zijn. Deze nieuwe bevinding zou ooit kunnen leiden tot een methode voor het optimaliseren van fotosynthese in gewassen voor specifieke omgevingen, zodat overtollige energie niet verspild hoeft te worden, aldus Kirchhoff.

"We zijn nog erg vroeg, maar we zijn enthousiast over wat we in deze krant hebben gevonden, " zei hij. "En we zullen ons nieuwe proces blijven gebruiken om andere lipide-eiwitinteracties te bestuderen om te zien wat we nog meer kunnen leren."