Kasvien sopeutuminen vaihteleviin valo-olosuhteisiin: Viherhiukkasen tioredoksiinien välittämä säätely

Abstract

Hyötykasvien satoisuutta olisi mahdollista parantaa fotosynteesiä tehostamalla. Luonnon olosuhteissa kasvit jatkuvasti altistuvat vaihtuvalle valolle, johon kasvin lehtien viherhiukkasen on sopeuduttava tehokkaan fotosynteesin ylläpitämiseksi. Redox-säätelyentsyymeillä tioredoksiineilla on merkittävä rooli fotosynteesin suojamekanismien sekä valoreaktioiden toiminnan ja hiilidioksidin sidonnan välisen tasapainon säätelyssä. Tässä tutkielmassa selvitettiin NADPH- tioredoksiinireduktaasi C:tä (NTRC) ylituottavan lituruohokannan sopeutumista ja kasvua villityyppiseen lituruohoon (WT Col-0) verrattuna vaihtelevissa valo-olosuhteissa. NTRC on välttämätön fotosynteesin säätelylle siirryttäessä pimeästä valoon ja valon intensiteettien vaihtuessa, joten NTRC:n ylituotto voisi edistää fotosynteesin säätelyä ja siten parantaisi hiilidioksidin sidontaa ja kasvin kasvua vaihtelevassa kasvatusvalossa. NTRC:n ylituottokantaa sekä WT:ä kasvatettiin luonnon valo-olosuhteita mallintavassa vaihtelevassa valossa sekä tasaisessa kasvuvalossa. Tutkielmassa vertailtiin genotyypin sekä kasvatusvalon vaikutusta kasvien fenotyyppiin, fotosynteettisten proteiinien ilmenemiseen sekä hiilidioksidinsidonnan ja fotosynteettisen elektroninsiirtoketjun aktiivisuuteen. Valoreaktioiden proteiinien ilmenimismääriä sekä fotofosforyloitumista määritettiin immunologisin menetelmien avulla. Hiilidioksidin sidontaa ja elektroninsiirtoketjun toimintaa tutkittiin Dual-PAM-100-laittella tai GFS-3000 ja DUAL–KLAS –NIR-laitteiden yhdistelmällä. Vaihtelevissa valo-olosuhteissa kasvaneiden NTRC:n ja WT:n ruusukkeen lehtien pinta-alassa ei havaittu merkittäviä eroja. NTRC:n ylituotto edisti hiilidioksidin sidontaa heikoissa valossa. Parantunut hiilidioksidin sidonta saattaa johtua NTRC:n ylituottokannan tehokkaammasta hiilensidonnan entsyymien aktiivisuudesta sekä vähäisemmästä ei-fotokemiallisesta vaimennuksesta (NPQ) heikossa valossa. NTRC:n ylituotto lisäsi luumenin happamoitumista, mikä todennäköisesti kohotti NPQ:ta kirkkaassa valossa ja siten esti kokonaisuudessaan tehokkaamman hiilidoksidin sidonnan ja kasvun vaihtelevissa valo-olosuhteissa WT:iin verrattuna.