Αποκαλύπτοντας το κιρκάδιο ρολόι: Πώς τα φυτά ελέγχουν την ημέρα!

Αποκαλύπτοντας το κιρκάδιο ρολόι: Πώς τα φυτά ελέγχουν την ημέρα!

Μια διεθνής μελέτη για τη λειτουργία των φωτοευαίσθητων πρωτεϊνών γνωστών ως κρυπτοχρωμάτων δημοσιεύθηκε πρόσφατα. Επικεφαλής της έρευνας ήταν ο καθηγητής Dr. Lars-Oliver Essen από το Πανεπιστήμιο Philipps του Marburg. Το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Ταϊβάν (NTU) και άλλοι διεθνείς επιστήμονες συμμετείχαν ενεργά στη μελέτη. Στόχος της ολοκληρωμένης ερευνητικής εργασίας είναι η διεύρυνση της κατανόησης του ρυθμού ημέρας-νύχτας και του βιολογικού ρολογιού στα έμβια όντα.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα κρυπτοχρώματα παίζουν βασικό ρόλο στη ρύθμιση των κιρκάδιων ρυθμών και των διαδικασιών που εξαρτώνται από το φως σε φυτά, ζώα και άλλους οργανισμούς. Μεγαλόφωνος uni-marburg.de Το φως μετατρέπεται σε χημικά σήματα, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για το εσωτερικό ρολόι πολλών ζωντανών όντων. Αυτή η μετατροπή συμβαίνει μέσω πολύπλοκων αντιδράσεων φωτός.

Μηχανισμοί αντίληψης φωτός

Η μελέτη αποκάλυψε την αλληλουχία των αντιδράσεων που προκαλούνται από την έκθεση στο φως. Συγκεκριμένα, εντοπίστηκαν δύο κεντρικοί μηχανισμοί: ο «διακόπτης N395/FAD», που ενεργοποιεί τη οδό πρωτονίωσης (TPP) και σταθεροποιεί το ζεύγος ριζών και ο «διακόπτης D321/Y373», που αποσταθεροποιεί την έλικα και εκκινεί την κατάσταση σηματοδότησης. Αυτές οι διαδικασίες είναι απαραίτητες για τον έλεγχο των πολύπλοκων βιολογικών ρυθμών που χρειάζονται οι οργανισμοί για να συμπεριφέρονται σε αρμονία με το περιβάλλον τους.

Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι τα κρυπτοχρώματα έχουν μεγάλη σημασία όχι μόνο στα ζώα, αλλά και στα φυτά. Αυτοί οι φωτοϋποδοχείς που περιέχουν φλαβίνη είναι δομικά παρόμοιοι με τις φωτολυάσες, οι οποίες επιδιορθώνουν το κατεστραμμένο από την υπεριώδη ακτινοβολία DNA και βρίσκονται σε πολλούς οργανισμούς, από αρχαία έως βακτήρια και φυτά και ζώα. Οι λειτουργίες τους κυμαίνονται από τη ρύθμιση διαδικασιών όπως η βλάστηση και η ανθοφορία έως την προσαρμογή στις συνθήκες φωτισμού, τονίζοντας τον ρόλο του κιρκάδιου ρολογιού.

Το φυτικό κιρκάδιο ρολόι είναι ένα εσωτερικό σύστημα χρονομέτρησης που προσαρμόζει τις φυσιολογικές διεργασίες στον κύκλο φωτός-σκότους. Αυτό το ρολόι βοηθά τα φυτά να προετοιμάζονται για τακτικές αλλαγές στο περιβάλλον τους, όπως η μέρα και η νύχτα και οι εποχές. Επηρεάζει βασικές διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της φωτοσύνθεσης και του μεταβολισμού, και συγχρονίζεται με φωτεινά σήματα που γίνονται αντιληπτά από διάφορους υποδοχείς φωτός. Αυτοί οι μηχανισμοί επιτρέπουν στα φυτά να ρυθμίζουν τα γονίδιά τους ανάλογα με την ώρα της ημέρας και να προσαρμόζουν την ανάπτυξή τους ( plantresearch.de ).

Σημασία της έρευνας

Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έχουν εκτεταμένες επιπτώσεις. Θα μπορούσαν να εξηγήσουν πώς τα κρυπτοχρώματα επιτρέπουν στα πουλιά να χρησιμοποιούν μαγνητικά πεδία για πλοήγηση και προσφέρουν νέες προσεγγίσεις για τη θεραπεία ασθενειών που σχετίζονται με τον κιρκάδιο ρυθμό. Αυτό περιλαμβάνει μεγαλύτερη εικόνα για τη λειτουργία του κιρκάδιου ρολογιού, το οποίο παίζει κεντρικό ρόλο όχι μόνο στα φυτά αλλά σε πολλούς ζωντανούς οργανισμούς.

Η έρευνα υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών (DFG) και χρηματοδοτικούς οργανισμούς από την Ταϊβάν, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ. Τα υπερσύγχρονα λέιζερ ηλεκτρονίων χωρίς ακτίνες Χ (XFEL), διαθέσιμα σε λίγες μόνο τοποθεσίες παγκοσμίως, χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των στιγμιότυπων υψηλής ανάλυσης που ήταν ζωτικής σημασίας για τις έρευνες. Αυτό υπογραμμίζει πώς οι καινοτόμες τεχνολογίες μπορούν να οδηγήσουν την επιστημονική πρόοδο στη μελέτη των βιολογικών ρολογιών.

Αυτή η αξιοσημείωτη πρόοδος στην επιστήμη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science Advances και είναι διαθέσιμη στο DOI 10.1126/sciadv.adu7247 να ανακτηθεί.