Odhalení cirkadiánních hodin: Jak rostliny ovládají den!

Odhalení cirkadiánních hodin: Jak rostliny ovládají den!

Nedávno byla zveřejněna mezinárodní studie o fungování světlocitlivých proteinů známých jako kryptochromy. Výzkum vedl profesor Dr. Lars-Oliver Essen z Philipps University of Marburg. Do studie se aktivně zapojila National Taiwan University (NTU) a další mezinárodní vědci. Cílem komplexní výzkumné práce je rozšířit chápání rytmu den-noc a biologických hodin u živých bytostí.

Výsledky ukazují, že kryptochromy hrají klíčovou roli v regulaci cirkadiánních rytmů a procesů závislých na světle u rostlin, zvířat a dalších organismů. Hlasitý uni-marburg.de Světlo se přeměňuje na chemické signály, což je klíčové pro vnitřní hodiny mnoha živých bytostí. K této přeměně dochází prostřednictvím komplexních světelných reakcí.

Mechanismy vnímání světla

Studie odhalila sled reakcí spouštěných vystavením světlu. Konkrétně byly identifikovány dva centrální mechanismy: „přepínač N395/FAD“, který aktivuje protonační cestu (TPP) a stabilizuje radikálový pár, a „přepínač D321/Y373“, který destabilizuje šroubovici a iniciuje stav signalizace. Tyto procesy jsou nezbytné pro řízení složitých biologických rytmů, které organismy potřebují, aby se chovaly v souladu se svým prostředím.

Předchozí studie ukázaly, že kryptochromy mají velký význam nejen u zvířat, ale také u rostlin. Tyto fotoreceptory obsahující flavin jsou strukturálně podobné fotolyázám, které opravují DNA poškozenou UV zářením, a nacházejí se v mnoha organismech od archaea přes bakterie až po rostliny a zvířata. Jejich funkce sahají od regulačních procesů, jako je klíčení a kvetení, až po přizpůsobení se světelným podmínkám, zdůrazňující roli cirkadiánních hodin.

Rostlinné cirkadiánní hodiny jsou vnitřní časoměrný systém, který přizpůsobuje fyziologické procesy cyklu světlo-tma. Tyto hodiny pomáhají rostlinám připravit se na pravidelné změny v jejich prostředí, jako je den a noc a roční období. Ovlivňuje základní procesy včetně fotosyntézy a metabolismu a je synchronizován světelnými signály vnímanými různými světelnými receptory. Tyto mechanismy umožňují rostlinám regulovat své geny podle denní doby a přizpůsobit svůj vývoj ( plantresearch.de ).

Význam výzkumu

Výsledky této studie mají dalekosáhlé důsledky. Mohli by vysvětlit, jak kryptochromy umožňují ptákům využívat magnetická pole k navigaci, a nabídnout nové přístupy k léčbě nemocí souvisejících s cirkadiánním rytmem. To zahrnuje lepší vhled do fungování cirkadiánních hodin, které hrají ústřední roli nejen v rostlinách, ale v mnoha živých organismech.

Výzkum částečně podpořila Německá výzkumná nadace (DFG) a financující organizace z Tchaj-wanu, Japonska a USA. K vytvoření snímků s vysokým rozlišením, které byly pro vyšetřování klíčové, byly použity nejmodernější rentgenové lasery s volnými elektrony (XFEL), dostupné pouze na několika místech po celém světě. To zdůrazňuje, jak mohou inovativní technologie řídit vědecký pokrok ve studiu biologických hodin.

Tento pozoruhodný pokrok ve vědě byl publikován v časopise Science Advances a je k dispozici na DOI 10.1126/sciadv.adu7247 být načten.