Odkrywanie zegara dobowego: jak rośliny kontrolują dzień!

Odkrywanie zegara dobowego: jak rośliny kontrolują dzień!

Niedawno opublikowano międzynarodowe badanie dotyczące funkcjonowania wrażliwych na światło białek zwanych kryptochromami. Badaniami kierował profesor dr Lars-Oliver Essen z Uniwersytetu Philipps w Marburgu. W badaniu aktywnie uczestniczyli Narodowy Uniwersytet Tajwański (NTU) i inni międzynarodowi naukowcy. Celem kompleksowych prac badawczych jest poszerzenie wiedzy na temat rytmu dnia i nocy oraz zegara biologicznego istot żywych.

Wyniki pokazują, że kryptochromy odgrywają kluczową rolę w regulacji rytmów dobowych i procesów zależnych od światła u roślin, zwierząt i innych organizmów. Głośny uni-marburg.de Światło zamieniane jest na sygnały chemiczne, co ma kluczowe znaczenie dla wewnętrznego zegara wielu żywych istot. Ta konwersja zachodzi poprzez złożone reakcje świetlne.

Mechanizmy percepcji światła

Badanie ujawniło sekwencję reakcji wywołanych ekspozycją na światło. W szczególności zidentyfikowano dwa centralne mechanizmy: „przełącznik N395/FAD”, który aktywuje drogę protonowania (TPP) i stabilizuje parę rodników, oraz „przełącznik D321/Y373”, który destabilizuje helisę i inicjuje stan sygnalizacyjny. Procesy te są niezbędne do kontrolowania złożonych rytmów biologicznych, których organizmy potrzebują, aby zachowywać się w harmonii ze swoim środowiskiem.

Dotychczasowe badania wykazały, że kryptochromy mają ogromne znaczenie nie tylko u zwierząt, ale także u roślin. Te fotoreceptory zawierające flawinę są strukturalnie podobne do fotoliaz, które naprawiają DNA uszkodzony przez promieniowanie UV i występują w wielu organizmach, od archeonów, przez bakterie, po rośliny i zwierzęta. Ich funkcje sięgają od regulowania procesów, takich jak kiełkowanie i kwitnienie, po dostosowywanie się do warunków oświetleniowych, podkreślając rolę zegara dobowego.

Zegar dobowy rośliny to wewnętrzny system pomiaru czasu, który dostosowuje procesy fizjologiczne do cyklu światło-ciemność. Zegar ten pomaga roślinom przygotować się na regularne zmiany w ich środowisku, takie jak dzień i noc oraz pory roku. Wpływa na podstawowe procesy, w tym na fotosyntezę i metabolizm, i jest synchronizowany przez sygnały świetlne odbierane przez różne receptory światła. Mechanizmy te pozwalają roślinom regulować swoje geny w zależności od pory dnia i dostosowywać swój rozwój ( plantresearch.de ).

Znaczenie badań

Wyniki tego badania mają daleko idące implikacje. Mogliby wyjaśnić, w jaki sposób kryptochromy umożliwiają ptakom wykorzystywanie pól magnetycznych do nawigacji i zaoferować nowe podejście do leczenia chorób związanych z rytmem dobowym. Obejmuje to lepszy wgląd w funkcjonowanie zegara dobowego, który odgrywa kluczową rolę nie tylko u roślin, ale także w wielu organizmach żywych.

Badania były częściowo wspierane przez Niemiecką Fundację Badawczą (DFG) i organizacje finansujące z Tajwanu, Japonii i USA. Do stworzenia zdjęć o wysokiej rozdzielczości, które były kluczowe dla badań, wykorzystano najnowocześniejsze lasery rentgenowskie na swobodnych elektronach (XFEL), dostępne tylko w kilku lokalizacjach na całym świecie. To podkreśla, jak innowacyjne technologie mogą napędzać postęp naukowy w badaniu zegarów biologicznych.

Ten niezwykły postęp w nauce został opublikowany w czasopiśmie Science Advances i jest dostępny w DOI 10.1126/sciadv.adu7247 zostać odzyskane.