Illustrasie van die sianobakteriese tilakoïedmembraan. Krediet: Luning Liu et al.
’n Nuwe studie wat deur die navorsers aan die Universiteit van Liverpool gedoen is, onthul hoe die antieke fotosintetiese organismes – sianobakterieë – hul fotosintetiese masjinerie ontwikkel en hul fotosintetiese membraanargitektuur organiseer vir die doeltreffende vaslegging van sonlig- en energietransduksie.
Suurstoffotosintese, wat deur plante, alge en sianobakterieë uitgevoer word, produseer energie en suurstof vir lewe op Aarde en is waarskynlik die belangrikste biologiese proses. Sianobakterieë is van die vroegste fototrofe wat suurstoffotosintese kan uitvoer en beduidende bydraes tot die Aarde se atmosfeer en primêre produksie kan lewer.
Ligafhanklike fotosintetiese reaksies word uitgevoer deur 'n stel fotosintetiese komplekse en molekules wat in die gespesialiseerde selmembrane geakkommodeer word, genaamd tilakoïedmembrane. Terwyl sommige studies die strukture van fotosintetiese komplekse gerapporteer het en hoe hulle fotosintese uitvoer, het navorsers nog min begrip gehad oor hoe inheemse tilakoïedmembrane gebou en verder ontwikkel word om 'n funksionele entiteit in sianobakteriese selle te word.
Die navorsingspan, onder leiding van professor Luning Liu van die Universiteit se Instituut vir Stelsels, Molekulêre en Integrerende Biologie, het 'n metode ontwikkel om die vorming van tilakoïedmembrane tydens selgroei te beheer en het die nuutste proteomika en mikroskopiese beelding gebruik om die stapsgewyse rypwordingsproses van tilakoïedmembrane. Hul resultate word in die joernaal gepubliseer Natuurkommunikasie.
"Ons is baie opgewonde oor die bevindinge," het professor Liu gesê. "Ons navorsing teken 'n prentjie van hoe fototrofe hul fotosintetiese membrane genereer en dan ontwikkel, en hoe verskillende fotosintetiese komponente in die tilakoïedmembraan geïnkorporeer en geleë is om doeltreffende fotosintese uit te voer - 'n langdurige vraag in hierdie veld."
Die eerste skrywer van die studie, dr. Tuomas Huokko, het gesê: “Ons vind dat die nuut gesintetiseerde tilakoïedmembrane tussen die perifere selmembraan, wat die plasmamembraan genoem word, en die reeds bestaande tilakoïedlaag na vore kom. Deur die proteïensamestellings en fotosintetiese aktiwiteite tydens die tilakoïed-ontwikkelingsproses op te spoor, vind ons ook dat fotosintetiese proteïene goed beheer word in ruimte en tyd om te ontwikkel en in die tilakoïedmembrane te versamel.
Die nuwe navorsing toon dat die sianobakteriese tilakoïedmembraan 'n werklik dinamiese biologiese stelsel is en vinnig kan aanpas by omgewingsveranderinge tydens bakteriese groei. In tilakoïede kan fotosintetiese proteïene van een posisie na 'n ander diffundeer en funksionele "proteïen-eilande" vorm om saam te werk vir hoë fotosintetiese doeltreffendheid.
"Aangesien sianobakterieë plantagtige fotosintese uitvoer, kan die kennis wat uit sianobakterieë-tilakoïedmembrane verkry is, uitgebrei word na planttilakoïede," het professor Liu bygevoeg. “Om te verstaan hoe die natuurlike fotosintetiese masjinerie ontwikkel en in fototrofe gereguleer word, is noodsaaklik vir afstemming en verbetering van fotosintetiese werkverrigting. Dit bied oplossings om gewasplantfotosintese en -opbrengste volhoubaar te verbeter, in die konteks van klimaatsverandering en groeiende bevolking. Ons navorsing kan ook die bio-geïnspireerde ontwerp en generering van kunsmatige fotosintetiese toestelle vir doeltreffende elektronoordrag en bio-energieproduksie bevoordeel.”
Verwysing: “Probing the biogenesis pathway and dynamics of thylakoid membranes” deur Tuomas Huokko, Tao Ni, Gregory F. Dykes, Deborah M. Simpson, Philip Brownridge, Fabian D. Conradi, Robert J. Beynon, Peter J. Nixon, Conrad W. Mullineaux, Peijun Zhang en Lu-Ning Liu, 9 Junie 2021, Nature Kommunikasie.
DOI: 10.1038/s41467-021-23680-1
Die navorsing is uitgevoer in samewerking met die Universiteit se Sentrum vir Proteoomnavorsing, Sentrum vir Selbeelding, en Biomediese Elektronmikroskopie-eenheid, asook met navorsers van die Universiteit van Oxford, Queen Mary Universiteit van Londen en Imperial College London. Die navorsing is befonds deur die BBSRC, Royal Society, Wellcome Trust en Leverhulme Trust.
