Wewnątrztkankowy dwutlenek węgla oraz stan puli redoks plastochinonu jako regulatory szlaku biosyntezy etylenu

Streszczenie

Rośliny poddawane są działaniu licznych i zróżnicowanych czynników stresowych. W realizacji ich odpowiedzi na wspomniane czynniki pośredniczą hormony, które odgrywają kluczową rolę w reakcji na stresy. Jednym z ważnych hormonów jest etylen (ET). Ta prosta pod względem budowy chemicznej cząstka uczestniczy w regulacji reakcji zarówno na stresy biotyczne jak i abiotyczne. Biosynteza ET podlega modyfikacji ze strony licznych czynników, a jednym z nich jest stężenie dwutlenku węgla (CO₂). Badania wykonujemy na semi-halofitycznej roślinie o metabolizmie przejściowym C3-CAM Mesembryanthemum crystallinum (kryształka lśniąca), modelu doświadczalnym, który realizuje klasyczną fotosyntezę typu C3 (CO₂ wiązany głównie w ciągu dnia), ale potrafi przestawić się na fotosyntezę typu CAM (CO₂ wiązany głównie w ciemności). Realizacja metabolizmu CAM, chociaż pozwala na znaczną oszczędność wody (aparaty szparkowe zamknięte w okresie dnia), pociąga za sobą pewne metaboliczne konsekwencje. Jedną z nich są dobowe oscylacje wewnątrztkankowego stężenia CO₂, które mogą modyfikować dobową produkcję ET. Wykorzystując model, który pozwala prowadzić doświadczenie na roślinach realizujących metabolizm typu C3 i CAM na tym samym etapie rozwoju rośliny, sprawdzamy, jak obecność dobowych oscylacji CO₂ modyfikuje pracę najważniejszych komponentów szlaku biosyntezy ET. Na podstawie wcześniejszych badań wiemy także, iż reakcje roślin na abiotyczne czynniki stresowe są regulowane stanem redoks puli plastochinonu (PQ) – jednego z komponentów szlaku transportu elektronów w chloroplastach. Przypuszczamy, że PQ i ET tworzą system regulatorowy, w którym PQ odgrywa rolę nadrzędną, zaś ET – wraz komponentami systemu antyoksydacyjnego (regulacja homeostazy redoks komórki) – wykonawczą. Wykorzystując opisaną roślinę modelową, zamierzamy sprawdzić, jak modyfikacja stanu redoks puli PQ wpływa na komponenty szlaku biosyntezy ET, a tym samym na jego dobową produkcję. Ponadto, wykorzystując rośliny typu C3 i CAM, zamierzamy określić, jak działa układ regulatorowy PQ-ET w trakcie realizacji odmiennych typów fotosyntezy.

Mesembryanthemum crystallinum w stadium CAM.
Foto: Z. Miszalski.

Mesembryanthemum crystallinum w stadium C3.
Foto: Z. Miszalski.