Fotosentez, doğadaki en önemli metabolik süreçlerden biridir. Bitki büyümesi ve dolayısıyla bitki bazlı gıdaların üretimi için kritik öneme sahiptir. Max Planck Moleküler Bitki Fizyolojisi Enstitüsü (MPI-MP) ile yakın işbirliği içinde, Heinrich Heine Üniversitesi Düsseldorf (HHU) başkanlığındaki bir Alman-Amerikan araştırma ekibi şimdi fotosentezde karbon fiksasyonu ile rekabet eden belirli bir metabolik yolun bitkiler için koruyucu bir işlevi olup olmadığını araştırdı.
Araştırmacıların Nature Communications dergisinde açıkladıkları üzere, sonuçlar bitki ıslahı açısından da önem taşıyor.
Fotosentez sırasında bitkiler ışıktan gelen enerjiyi kimyasal enerjiye dönüştürür. Bu kimyasal enerji özel moleküller şeklini alır: ATP ve NAD(P)H. Bu moleküllerde depolanan enerji, bitkideki diğer metabolik süreçler için, örneğin havadaki karbondioksiti (CO2) şeker gibi hidrokarbonlar şeklinde fikse etmek için evrensel olarak kullanılabilir.
Katalizör protein “Rubisco” bu süreç için önemlidir. Ancak Rubisco sadece CO2’yi değil, aynı zamanda istenmeyen bir yan reaksiyon olarak oksijeni de fikse eder. Bu süreçte, toksik yan ürün 2-fosfoglikolat oluşur ve bu da CO2 fiksasyonunu tehlikeye atar. Yıkıcı 2-fosfoglikolatı ortadan kaldırmak için, enerji yoğun bir metabolik süreç daha gereklidir: Fotorespirasyon.
Gün boyunca ışık yoğunluğu keskin bir şekilde dalgalanır – örneğin rüzgar yaprakları savurduğunda veya bulut nedeniyle. Buna bağlı olarak, ATP ve NAD(P)H formundaki mevcut kimyasal enerji miktarı da dalgalanır. Aniden güçlü ışığa maruz kalması bitki için zararlı olabilir. ATP ve NAD(P)H için sadece sınırlı miktarda öncü molekül mevcut olduğundan, absorbe edilen ışık enerjisinin sadece bir kısmı kimyasal enerjiye dönüştürülebilir. Fazla ışık enerjisi, proteinlerde fotooksidatif hasar olarak adlandırılan ve onları inaktive eden bir duruma neden olur.
HHU Moleküler Fotosentez Enstitüsünden Profesör Dr. Ute Armbruster başkanlığındaki bir araştırma ekibi şimdi fotorespirasyonun bitkileri keskin dalgalanan ışık koşullarında fotooksidatif hasardan koruyup koruyamayacağını araştırdı. Onların hipotezi: Fotorespirasyon, ATP ve NAD(P)H üretimi için yeterli öncü molekülleri serbest bırakarak fazlaca kimyasal enerji kullanır.
Potsdam’daki Max Planck Moleküler Bitki Fizyolojisi Enstitüsü, Potsdam Üniversitesi ve East Lansing’deki Michigan Eyalet Üniversitesi’nden araştırmacılar da projede yer aldı.
Çalışmanın konusu olan Arabidopsis thaliana bitkisinin bazılarında HPR1 ve GGT1 genleri devre dışı bırakıldı (knockout bitkiler olarak adlandırılır). Bu genler, bu metabolik yol boyunca farklı noktalarda bulunabilen fotorespirasyon için iki anahtar enzimi kodlamaktadır.
Bitkiler farklı ışık koşullarına maruz bırakıldı: Dalgalanan ışık ve iki yoğunlukta sabit ışık. Araştırmacılar, bitkilerin farklı aydınlatma koşullarında nasıl büyüdüğünü gözlemledi. Hipoteze göre, fotorespirasyon burada koruyucu bir işlev üstlenemeyeceğinden, sınırlı fotorespirasyona sahip bitkiler keskin dalgalanan ışık koşullarında daha az iyi büyümelidir.
Araştırmanın başyazarı Dr. Thekla von Bismarck şunları söylüyor: “Hipotezimiz doğrulanmadı. Fotorespirasyon, dalgalı ışık koşullarında güçlü ışık aşamalarında bitkileri korumada önemli bir rol oynamıyor gibi görünüyor. Aslında, tam olarak işleyen bir fotorespirasyon süreci olmayan bitkiler, sabit ışık koşullarına kıyasla değişken ışık altında daha iyi büyüyor gibi görünüyor.”
Potsdam’daki işbirliği ortakları, çalışmaya çeşitli metabolik süreçleri tahmin eden bir bilgisayar modeli ile katkıda bulundu. Profesör Armbruster şöyle diyor: “Bitki metabolizmasının çok esnek olduğu kanıtlandı. Bitkiler bazı fotorespirasyon enzimlerinden yoksun olsalar da, bu eksikliği diğer metabolik yollarla telafi edebiliyorlar. Bununla birlikte, alternatif yol ışık koşuluna bağlıdır ve GGT1’siz bitkiler için, değişken ışığın fotooksidatif hasar açısından değişken olmayan ışığa göre daha az zararlı bir metabolik yolu aktive ettiğini gösterebildik.”
Sonuçlar, fotorespirasyonu sentetik olarak baypas ederek mahsul verimini artırma bağlamında ilginçtir. Kloroplastlarda bir bitkinin kendi alternatif metabolik yolunun etkinleştirilmesi, Rubisco’nun yakınında fotorespirasyondan CO2’yi serbest bırakmak ve böylece dinamik ışık koşulları altında fotosentezi iyileştirmek için kullanılabilir. [1]“Research shows that photorespiration does not protect against fluctuating light conditions” yazısından çevrilmiştir.[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | “Research shows that photorespiration does not protect against fluctuating light conditions” yazısından çevrilmiştir. |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
