Cirkadinio laikrodžio atskleidimas: kaip augalai valdo dieną!

Cirkadinio laikrodžio atskleidimas: kaip augalai valdo dieną!

Neseniai buvo paskelbtas tarptautinis šviesai jautrių baltymų, žinomų kaip kriptochromai, veikimo tyrimas. Tyrimui vadovavo profesorius dr. Lars-Oliver Essen iš Marburgo Filipso universiteto. Nacionalinis Taivano universitetas (NTU) ir kiti tarptautiniai mokslininkai aktyviai dalyvavo tyrime. Visapusiško tiriamojo darbo tikslas – praplėsti supratimą apie dienos-nakties ritmą ir biologinį laikrodį gyvose būtybėse.

Rezultatai rodo, kad kriptochromai atlieka pagrindinį vaidmenį reguliuojant cirkadinius ritmus ir nuo šviesos priklausomus procesus augaluose, gyvūnuose ir kituose organizmuose. Garsiai uni-marburg.de Šviesa paverčiama cheminiais signalais, kurie yra labai svarbūs daugelio gyvų būtybių vidiniam laikrodžiui. Ši konversija vyksta per sudėtingas šviesos reakcijas.

Šviesos suvokimo mechanizmai

Tyrimas atskleidė reakcijų, kurias sukelia šviesos poveikis, seką. Visų pirma buvo nustatyti du pagrindiniai mechanizmai: „N395/FAD jungiklis“, kuris aktyvuoja protonavimo kelią (TPP) ir stabilizuoja radikalų porą, ir „D321/Y373 jungiklis“, kuris destabilizuoja spiralę ir inicijuoja signalizacijos būseną. Šie procesai yra būtini norint valdyti sudėtingus biologinius ritmus, kurių organizmai turi elgtis harmoningai su aplinka.

Ankstesni tyrimai parodė, kad kriptochromai turi didelę reikšmę ne tik gyvūnams, bet ir augalams. Šie flavino turintys fotoreceptoriai yra struktūriškai panašūs į fotoliazes, kurios atkuria UV pažeistą DNR, ir yra randamos daugelyje organizmų – nuo ​​archėjų iki bakterijų iki augalų ir gyvūnų. Jų funkcijos apima įvairius procesus, tokius kaip dygimas ir žydėjimas, iki prisitaikymo prie apšvietimo sąlygų, pabrėžiant cirkadinio laikrodžio vaidmenį.

Augalų cirkadinis laikrodis yra vidinė laiko matavimo sistema, kuri pritaiko fiziologinius procesus prie šviesos-tamsos ciklo. Šis laikrodis padeda augalams pasiruošti reguliariems aplinkos pokyčiams, pvz., dienai ir naktims bei metų laikams. Jis veikia esminius procesus, įskaitant fotosintezę ir medžiagų apykaitą, ir yra sinchronizuojamas šviesos signalais, kuriuos suvokia įvairūs šviesos receptoriai. Šie mechanizmai leidžia augalams reguliuoti savo genus pagal paros laiką ir pritaikyti savo vystymąsi ( plantresearch.de ).

Tyrimo svarba

Šio tyrimo rezultatai turi toli siekiančių pasekmių. Jie galėtų paaiškinti, kaip kriptochromai leidžia paukščiams naudoti magnetinius laukus navigacijai ir pasiūlyti naujus būdus gydyti su cirkadiniu ritmu susijusias ligas. Tai apima daugiau įžvalgų apie cirkadinio laikrodžio, kuris atlieka pagrindinį vaidmenį ne tik augaluose, bet ir daugelyje gyvų organizmų, veikimą.

Tyrimą iš dalies rėmė Vokietijos tyrimų fondas (DFG) ir finansuojančios organizacijos iš Taivano, Japonijos ir JAV. Pažangiausi rentgeno laisvųjų elektronų lazeriai (XFEL), prieinami tik keliose pasaulio vietose, buvo naudojami kuriant didelės raiškos momentines nuotraukas, kurios buvo labai svarbios atliekant tyrimus. Tai pabrėžia, kaip naujoviškos technologijos gali paskatinti mokslinę pažangą tiriant biologinius laikrodžius.

Šis puikus mokslo pasiekimas buvo paskelbtas žurnale Science Advances ir prieinamas DOI 10.1126/sciadv.adu7247 būti atgautas.