Pošto su biljke sesilni organizmi, one moraju biti veoma fleksibilne u svojoj sposobnosti da se prilagode širokom spektru uslova životne sredine da bi preživele. Istraživači sa Odeljenja za fiziologiju biljaka na RPTU Kaiserslautern istražuju mehanizme adaptacije biljaka, posebno na faktore abiotskog stresa kao što su intenzitet svetlosti ili temperatura.
Sada su dostigli novu prekretnicu. Dr. student Annalisa John je koristila model biljke thale cress (Arabidopsis thaliana) u svom istraživačkom radu kako bi dekodirala koje ćelijske mehanizme biljke koriste da se prilagode niskim temperaturama i mrazu. Rezultati studije objavljeni su u The Plant Cell.
Generalno, biljke menjaju svoje metaboličke procese kao tipična reakcija na pojavu niskih temperatura. Ovo prvenstveno utiče na strukture biomembrana koje zatvaraju ćelije i ćelijske organele unutar njih, delujući kao tanak granični sloj.
„Kada je izložena hladnoći, sastav lipidnih dvoslojeva koji čine ćelijske membrane mora biti modifikovan brzo i efikasno“, objašnjava Džon, koja radi na svom doktoratu. fiziologije biljaka i prvi je autor studije. Ove adaptacije su neophodne da bi membrane bile tečne ili pokretne čak i na niskim temperaturama okoline, što je suštinski preduslov za njihovu funkcionalnost.
Da bi prilagodile i preoblikovale sastav ćelijskih membrana, biljke pokreću proizvodnju novogenerisanih lipida. Sinteza se odvija u dva ćelijska odeljka, hloroplastima i endoplazmatskom retikulumu (ER). Da bi se to uradilo, masne kiseline — koje predstavljaju osnovne gradivne blokove sinteze lipida — moraju se prvo sintetizovati u zelenim hloroplastima, tako da se masne kiseline mogu transportovati iz hloroplasta preko transportnog proteina Fatti Acid Ekport 1 (FAKS1) kako bi naknadno ušao u Hitnu.
„Pre ovih istraživanja, naša istraživačka grupa je već primetila da, pored drugih proteina, obilje FAKS1 značajno opada kada su biljke Arabidopsis izložene niskim temperaturama“, kaže Džon. „Međutim, nismo znali da li je ovo smanjenje bilo relevantno za adaptaciju na hladnoću i mraz i kako se kontroliše ciljano smanjenje obilja proteina FAKS1.“
Džon je otkrio da biljni mutanti koji kontinuirano proizvode FAKS1 protein u velikim količinama (tzv. FAKS1 prekomerni ekspresori) i koji su izloženi niskim temperaturama pokazuju sledeće ponašanje: neefikasno su rasli i imali su tendenciju da prerano stare, pokazali su defekte u fotosintezi i proizvodili velike količine toksične supstance — reaktivne vrste kiseonika kao što je vodonik superoksid.
Pored toga, uravnotežena sinteza lipida u hloroplastima i u ER je poremećena stalnim izvozom masnih kiselina preko FAKS1, što se značajno razlikuje od situacije u biljkama divljeg tipa. Dok divlji tipovi posebno aktiviraju sintezu lipida u hloroplastima tokom hladnoće, prekomerni ekspresori FAKS1 sintetišu dosta lipida u ER.
„Takođe smo identifikovali proteazu odgovornu za degradaciju FAKS1 isključivo tokom niskih temperatura, poznatu kao romboidna proteaza 11 (RBL11 proteaza)“, objašnjava Džon. „Poput FAKS1, RBL11 se nalazi u unutrašnjem omotaču hloroplasta. Biljni mutanti kojima nedostaje RBL11 proteaza pokazali su iste simptome kao i FAKS1 prekomerni ekspresori. Sada znamo da je degradacija FAKS1 na hladnoći veoma važna za adaptaciju na niske temperature okoline. a takođe znamo kako dolazi do degradacije“.
„Cilj ovog koordinisanog istraživačkog programa je da se razumeju različite funkcije hloroplasta u prilagođavanju biljaka promenljivim uslovima životne sredine. Nalazi doktorske teze gospođe Džon će dati važan doprinos programu istraživanja. biti moguće posebno optimizovati hladnu toleranciju osetljivih biljaka useva tako da mogu da prežive spontane faze niskih temperatura ili čak mraza“, kaže profesor dr Ekehard Nojhaus, koji je odgovoran za Odeljenje za fiziologiju biljaka.
