빛과 어둠 사이의 식물

[아름이]

빛과 어둠 사이의 식물
날짜:
2022년 12월 26일
원천:
막스-플랑크-게젤샤프트
요약:
변화하는 빛 조건에서 식물이 광합성을 최적화하는 방법.

연구를 위해 식물은 자연 조건을 반영하지 않는 안정적인 조명 아래에서 자주 재배됩니다. 변화하는 조명 조건에 대한 일련의 실험에서 빛과 그림자의 자연스러운 상호 작용을 시뮬레이션하는 일련의 실험에서 포츠담-골름(독일)에 있는 막스 플랑크 분자 식물 생리학 연구소와 미국 미시간 주립 대학(미국) 자연 과학 대학의 연구원들은 광합성의 동적 제어를 위한 두 가지 주요 단백질의 중요성.

식물은 자라기 위해 광합성을 합니다. 이 과정에서 그들은 햇빛으로부터 에너지를 사용하고, 산소를 방출하고, 지구상의 모든 인간과 거의 모든 동물의 기본 식량 자원인 탄수화물을 생산합니다. 자연 조건에서 빛의 가용성은 매우 짧은 시간에 빠르게 변할 수 있습니다. 주된 이유 중 하나는 태양 앞을 지나갈 때 빛과 그림자를 제공하는 구름입니다. 식물의 잎과 가지도 바람에 의해 움직일 때 일시적으로 그늘을 제공할 수 있습니다. 식물은 빛이 제한적일 때 그늘에서 태양으로 이동할 수 없으며 반대로 햇빛에 너무 많이 노출되면 태양에서 그늘로 피할 수 없습니다. 그들은 다른 방식으로 변화하는 조명 조건에 반응해야 합니다.

인간과 마찬가지로 너무 많은 햇빛은 식물에 해롭습니다. 특히, 희미한 빛과 강한 빛 사이의 급격한 변화가 문제가 됩니다. 우리 눈의 망막과 마찬가지로 식물은 잎의 분자를 사용하여 빛 입자를 포착합니다. 빛이 어두울 때 이러한 라이트 트랩은 가능한 한 많은 빛을 포착하는 데 매우 효율적입니다. 조명 조건이 갑자기 바뀌면 너무 많은 빛 에너지가 식물에 도달할 수 있습니다. 이 에너지는 식물 세포 내부의 민감한 광합성 장치에 과부하를 주거나 손상시킬 수 있습니다. 따라서 식물은 한편으로는 최대의 빛 산출량을 얻기 위해 환경 조건에 따라 광합성 활동을 지속적으로 조정해야 하지만 다른 한편으로는 너무 많은 빛에 의해 피해를 입지 않도록 해야 합니다.

지금까지 온실과 실험실의 식물은 거의 안정적이고 균일한 조명 조건에서만 재배됩니다. 따라서 변화하는 조명 조건에 대한 적응이 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 이해는 매우 제한적입니다. 최악의 경우 이것은 실험실과 온실에서 잘 자라는 식물로 이어질 수 있지만 현장에서 재배할 때 갑자기 예상보다 훨씬 더 나빠질 수 있습니다.

변화하는 조명 조건에서 광합성 조절

Potsdam-Golm에 있는 막스 플랑크 분자 식물 생리학 연구소의 Ute Armbruster와 미국 미시간 주립 대학 자연 과학 대학의 David Kramer를 중심으로 연구원들은 모델 식물인 Arabidopsis thaliana 를 조사했습니다.그들의 연구를 위해. 식물은 정적, 변동 및 자연광을 포함한 다양한 조건에서 재배되었습니다. 이 연구는 광합성 성능을 동적으로 조정하는 데 중요한 역할을 하는 VCCN1 및 KEA3라는 두 가지 이온 수송 단백질에 중점을 두었습니다. 이전 연구에서 빛이 갑자기 너무 강해지면 VCCN1이 자외선 차단 기능을 활성화하는 것으로 알려져 있습니다. 빛의 강도가 감소하면 두 번째 단백질인 KEA3가 이 자외선 차단 기능을 빠르게 분해하여 식물이 다시 더 많은 빛을 받을 수 있도록 합니다. 그러나 두 단백질 VCCN1과 KEA3는 실제 조명 조건에서 검사된 적이 없습니다.

연구원들은 유전자 녹아웃(즉, VCCN1 및 KEA3에 대한 유전자가 꺼진 식물)의 표적 사용과 함께 광합성을 측정하기 위해 혁신적인 새로운 접근 방식을 사용했습니다. 그들은 단백질 VCCN1과 KEA3의 활동이 식물이 자라는 빛 조건에 달려 있다는 것을 보여줍니다. 식물 재배 인프라 그룹 책임자인 Karin Köhl 박사의 제안에 따라 연구원들은 두 가지 성장 관련 빛 요인에 초점을 맞췄습니다. 분석을 통해 식물이 받는 빛의 양과 빛의 변동 빈도가 두 가지 이온 전달체의 기능에 강한 영향을 미친다는 것을 보여줄 수 있었습니다. VCCN1의 보호 기능은 이전에 저조도에서 자란 식물에서만 중요합니다. 한편, 보호를 폐지하는 KEA3는,

태양 보호는 또한 식물이 노출되는 빛의 변동 정도에 따라 달라집니다. 빛 조건이 크게 변하면 식물은 주황색 색소인 제아잔틴을 생성하는데, 이는 태양 보호에도 관여합니다. 이 자외선 차단제의 생성은 높은 조명 조건에서도 KEA3에 의해 억제됩니다. "우리의 연구는 우리가 성장 빛의 효과와 빛의 변동에 대한 빠른 반응을 개별적으로 살펴서는 안 된다는 것을 보여줍니다."라고 연구의 수석 저자인 Thekla von Bismarck는 덧붙였습니다. "점점 더 복잡한 방식으로 여러 시간 척도와 대사 수준의 통합 작물 연구의 주요 미래 과제가 될 것입니다. 이것은 현장에서 작물 수확량을 개선하기 위한 핵심 아이디어를 제공할 것입니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/