Nieuw onderzoek van de Universiteit van Oxford, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift eLife , werpt nieuw licht op chloroplasten van planten, en de eiwitten erin. De regulatie van chloroplast-eiwitten is belangrijk voor de ontwikkeling van planten en stress-acclimatisering en wordt steeds belangrijker als planten, inclusief onze basisgewassen, tarwe, rijst, gerst - moeten reageren op onze veranderende omgevingen.

"Terwijl de planeet opwarmt, het zal steeds dringender worden om de moleculaire basis van stresstolerantie bij planten te begrijpen. Deze studie heeft een andere laag van complexiteit blootgelegd binnen de systemen die planten gebruiken om hun chloroplasten te controleren." Professor Paul Jarvis

Er wordt geschat dat gewassen die onder druk staan, door veranderende weerpatronen, droogte, overstromingen en extreme temperaturen kunnen de productie met maar liefst 70% verminderen, die een verwoestende impact zullen hebben op ons vermogen om de wereld te voeden.

Het is steeds dringender geworden dat we verbeterde gewasvariëteiten ontwikkelen - planten met een verhoogde voedingswaarde of weerstand tegen ongunstige omgevingen - en de sleutel tot deze ontwikkeling zal ons begrip zijn van de moleculaire basis van stresstolerantie bij planten.

Alle groene planten groeien door lichtenergie om te zetten in chemische energie via een proces dat bekend staat als fotosynthese. Fotosynthese vindt plaats in gespecialiseerde compartimenten van plantencellen die bekend staan ​​​​als chloroplasten. Chloroplasten hebben duizenden verschillende eiwitten nodig om te functioneren, en deze worden in de chloroplast geïmporteerd via een gespecialiseerde machine die bekend staat als het TOC-complex. Het TOC-complex is, zelf, gemaakt van eiwitten.

Recente onderzoeken hebben aangetoond dat het TOC-complex snel wordt vernietigd wanneer planten te maken krijgen met omgevingsstress - dit beschermt plantencellen tegen schade door de fotosynthese te beperken, die onder ongunstige omstandigheden giftige bijproducten kunnen genereren. Dit proces heeft de naam CHLORAD gekregen, voor "chloroplast-geassocieerde eiwitafbraak."

In CHLORAD, het TOC-complex wordt eerst gemarkeerd met een klein eiwit dat ubiquitine wordt genoemd. Deze 'ubiquitinatie' bevordert de vernietiging van het complex, en onderdrukt zo de invoer van chloroplast-eiwit, fotosynthese, en de productie van giftige bijproducten.

In dit onderzoek, onderzoekers vroegen of het TOC-complex ook SUMOylated is - SUMO is een ander klein label dat vergelijkbaar is met ubiquitine - en, als, wat de functie van zo'n TOC-SUMOylering is. De onderzoekers ontdekten dat het TOC-complex inderdaad geSUMOyleerd is, en dat TOC SUMOylation ook de vernietiging van het TOC-complex veroorzaakt en belangrijk is voor plantengroei en -ontwikkeling. Deze resultaten zijn intrigerend, omdat ze aangeven dat de SUMO-actie erg lijkt op die van CHLORAD, in deze context.

In feite, de waargenomen overeenkomst met CHLORAD impliceert dat SUMOylation de activiteit van de CHLORAD-route reguleert. Dit is bijzonder interessant, omdat bekend is dat SUMOylatie wordt veroorzaakt door verschillende vormen van omgevingsstress en een belangrijke aanjager is van acclimatisering van plantenstress.

"Het was opmerkelijk toen de rol voor ubiquitinatie, en CHLORAD, werd een paar jaar geleden ontdekt, en deze nieuwe rol voor SUMO draagt ​​alleen maar bij aan de intriges." Professor Paul Jarvis

Voortbouwend op deze ontdekkingen, de onderzoekers onderzoeken momenteel hoe de CHLORAD-route kan worden gemanipuleerd om de gewasprestaties te verbeteren. Beter begrip van de regulering van de import van chloroplast-eiwitten en/of de CHLORAD-route, geleverd als resultaat van de nieuwe bevindingen die hier worden gerapporteerd, zal helpen om deze inspanningen te sturen.