Разкриване на циркадния часовник: как растенията контролират деня!

Разкриване на циркадния часовник: как растенията контролират деня!

Наскоро беше публикувано международно проучване за функционирането на светлочувствителни протеини, известни като криптохроми. Изследването е ръководено от професор д-р Ларс-Оливер Есен от Филипския университет в Марбург. Националният тайвански университет (NTU) и други международни учени участваха активно в проучването. Целта на цялостната изследователска работа е да разшири разбирането за ритъма ден-нощ и биологичния часовник на живите същества.

Резултатите показват, че криптохромите играят ключова роля в регулирането на циркадните ритми и зависимите от светлина процеси в растения, животни и други организми. Силно uni-marburg.de Светлината се преобразува в химически сигнали, което е от решаващо значение за вътрешния часовник на много живи същества. Това преобразуване става чрез сложни светлинни реакции.

Механизми на светлоусещане

Проучването разкрива последователността от реакции, предизвикани от излагане на светлина. По-специално бяха идентифицирани два централни механизма: „превключвателят N395/FAD“, който активира пътя на протониране (TPP) и стабилизира радикалната двойка, и „превключвателят D321/Y373“, който дестабилизира спиралата и инициира състоянието на сигнализиране. Тези процеси са от съществено значение за контролиране на сложните биологични ритми, от които организмите се нуждаят, за да се държат в хармония с околната среда.

Предишни проучвания показват, че криптохромите са от голямо значение не само при животните, но и при растенията. Тези флавин-съдържащи фоторецептори са структурно подобни на фотолиазите, които възстановяват увредената от ултравиолетовите лъчи ДНК и се намират в много организми от археи до бактерии до растения и животни. Техните функции варират от регулиране на процеси като поникване и цъфтеж до адаптиране към условията на осветление, подчертавайки ролята на циркадния часовник.

Растителният циркаден часовник е вътрешна система за отчитане на времето, която адаптира физиологичните процеси към цикъла светлина-тъмнина. Този часовник помага на растенията да се подготвят за редовни промени в околната среда, като ден и нощ и сезони. Той влияе върху основните процеси, включително фотосинтезата и метаболизма, и се синхронизира от светлинни сигнали, възприемани от различни светлинни рецептори. Тези механизми позволяват на растенията да регулират гените си според времето на деня и да адаптират развитието си ( plantresearch.de ).

Значение на изследванията

Резултатите от това проучване имат далечни последици. Те биха могли да обяснят как криптохромите позволяват на птиците да използват магнитни полета за навигация и да предложат нови подходи за лечение на заболявания, свързани с циркадния ритъм. Това включва по-добра представа за функционирането на циркадния часовник, който играе централна роля не само в растенията, но и в много живи организми.

Изследването е частично подкрепено от Германската изследователска фондация (DFG) и финансиращи организации от Тайван, Япония и САЩ. Най-съвременните рентгенови лазери със свободни електрони (XFEL), достъпни само на няколко места по света, бяха използвани за създаване на моментни снимки с висока разделителна способност, които бяха от решаващо значение за разследванията. Това подчертава как иновативните технологии могат да стимулират научния прогрес в изследването на биологичните часовници.

Този забележителен напредък в науката е публикуван в списание Science Advances и е достъпен в DOI 10.1126/sciadv.adu7247 да бъдат извлечени.