Razkrivamo cirkadiano uro: kako rastline nadzorujejo dan!

Razkrivamo cirkadiano uro: kako rastline nadzorujejo dan!

Nedavno je bila objavljena mednarodna študija o delovanju svetlobno občutljivih proteinov, znanih kot kriptokromi. Raziskavo je vodil profesor dr. Lars-Oliver Essen s Philippsove univerze v Marburgu. Nacionalna tajvanska univerza (NTU) in drugi mednarodni znanstveniki so bili dejavno vključeni v študijo. Cilj celovitega raziskovalnega dela je razširiti razumevanje dnevno-nočnega ritma in biološke ure v živih bitjih.

Rezultati kažejo, da imajo kriptokromi ključno vlogo pri uravnavanju cirkadianih ritmov in od svetlobe odvisnih procesov v rastlinah, živalih in drugih organizmih. Glasno uni-marburg.de Svetloba se pretvarja v kemične signale, ki so ključni za notranjo uro mnogih živih bitij. Ta pretvorba poteka s kompleksnimi svetlobnimi reakcijami.

Mehanizmi zaznavanja svetlobe

Študija je razkrila zaporedje reakcij, ki jih sproži izpostavljenost svetlobi. Zlasti sta bila identificirana dva osrednja mehanizma: "stikalo N395/FAD", ki aktivira pot protonacije (TPP) in stabilizira radikalni par, in "stikalo D321/Y373", ki destabilizira vijačnico in sproži signalno stanje. Ti procesi so bistveni za nadzor kompleksnih bioloških ritmov, ki jih organizmi potrebujejo, da se obnašajo v harmoniji z okoljem.

Prejšnje študije so pokazale, da so kriptokromi zelo pomembni ne le pri živalih, ampak tudi pri rastlinah. Ti fotoreceptorji, ki vsebujejo flavin, so strukturno podobni fotoliazam, ki popravljajo DNA, poškodovano z UV žarki, in jih najdemo v mnogih organizmih od arhej do bakterij do rastlin in živali. Njihove funkcije segajo od uravnavanja procesov, kot sta kalitev in cvetenje, do prilagajanja svetlobnim razmeram, kar poudarja vlogo cirkadiane ure.

Rastlinska cirkadiana ura je notranji sistem za merjenje časa, ki prilagaja fiziološke procese ciklu svetlo-temno. Ta ura pomaga rastlinam, da se pripravijo na redne spremembe v okolju, kot so dan in noč ter letni časi. Vpliva na bistvene procese, vključno s fotosintezo in metabolizmom, in je sinhroniziran s svetlobnimi signali, ki jih zaznavajo različni svetlobni receptorji. Ti mehanizmi omogočajo rastlinam, da uravnavajo svoje gene glede na čas dneva in prilagajajo svoj razvoj ( plantresearch.de ).

Pomen raziskav

Rezultati te študije imajo daljnosežne posledice. Lahko bi razložili, kako kriptokromi omogočajo pticam uporabo magnetnih polj za navigacijo in ponudili nove pristope k zdravljenju bolezni, povezanih s cirkadianim ritmom. To vključuje boljši vpogled v delovanje cirkadiane ure, ki ima osrednjo vlogo ne samo pri rastlinah, ampak pri številnih živih organizmih.

Raziskavo so delno podprli Nemška raziskovalna fundacija (DFG) in financerske organizacije iz Tajvana, Japonske in ZDA. Za ustvarjanje posnetkov visoke ločljivosti, ki so bili ključni za preiskave, so bili uporabljeni najsodobnejši rentgenski laserji s prostimi elektroni (XFEL), ki so na voljo le na nekaj lokacijah po vsem svetu. To poudarja, kako lahko inovativne tehnologije spodbujajo znanstveni napredek pri preučevanju bioloških ur.

Ta izjemen napredek v znanosti je bil objavljen v reviji Science Advances in je na voljo na DOI 10.1126/sciadv.adu7247 najti.