ถอดรหัสภาษาลับของการสังเคราะห์ด้วยแสง

เป็นเวลากว่าครึ่งศตวรรษที่นักพฤกษศาสตร์ทราบดีว่าศูนย์บัญชาการของเซลล์พืช ซึ่งก็คือนิวเคลียส จะส่งคำสั่งไปยังส่วนอื่นๆ ของเซลล์ เพื่อบังคับให้เซลล์เหล่านั้นดำเนินการสังเคราะห์ด้วยแสงต่อไป คำแนะนำเหล่านี้มาในรูปของโปรตีน และถ้าไม่มีโปรตีน พืชก็จะไม่เปลี่ยนเป็นสีเขียวหรือเติบโต Meng Chen ศาสตราจารย์ด้านพฤกษศาสตร์ UCR กล่าวว่า "ความท้าทายของเราคือการที่นิวเคลียสเข้ารหัสโปรตีนหลายร้อยชนิดที่มีหน่วยการสร้างสำหรับออร์แกเนลล์ขนาดเล็ก การพิจารณาว่าโปรตีนใดเป็นสัญญาณให้พวกมันกระตุ้นการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นเหมือนกับการงมเข็มในมหาสมุทร" กระบวนการที่นักวิทยาศาสตร์ในห้องทดลองของ Chen ใช้เพื่อค้นหาโปรตีนสี่ชนิดเหล่านี้ได้รับการบันทึกไว้ในเอกสารNature Communications แล้ว ก่อนหน้านี้ ทีมงานของเฉินได้แสดงให้เห็นว่าโปรตีนบางชนิดในนิวเคลียสของพืชถูกกระตุ้นด้วยแสง ทำให้เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง โปรตีนที่เพิ่งค้นพบใหม่ทั้งสี่นี้เป็นส่วนหนึ่งของปฏิกิริยาดังกล่าว โดยส่งสัญญาณที่เปลี่ยนอวัยวะเล็กๆ ให้กลายเป็นคลอโรพลาสต์ ซึ่งสร้างน้ำตาลที่กระตุ้นการเจริญเติบโต Chen เปรียบเทียบกระบวนการสังเคราะห์แสงทั้งหมดกับซิมโฟนี "ตัวนำของซิมโฟนีเป็นโปรตีนในนิวเคลียสที่เรียกว่าเซลล์รับแสงที่ตอบสนองต่อแสง เราแสดงให้เห็นในบทความนี้ว่าเซลล์รับแสงที่ไวต่อแสงทั้งสีแดงและสีน้ำเงินเริ่มต้นซิมโฟนี พวกมันกระตุ้นยีนที่เข้ารหัสหน่วยการสร้างของการ สังเคราะห์ ด้วยแสง" สถานการณ์ที่ไม่เหมือนใครในกรณีนี้คือการแสดงซิมโฟนีใน "ห้อง" สองห้องในห้องขังโดยทั้งนักดนตรีท้องถิ่น (นิวเคลียส) และนักดนตรีระยะไกล ดังนั้น ตัวนำ (ตัวรับแสง) ที่มีอยู่ในนิวเคลียสเท่านั้น จะต้องส่งข้อความบางอย่างไปให้นักดนตรีที่อยู่ห่างไกลในระยะไกล ขั้นตอนสุดท้ายนี้ควบคุมโดยโปรตีนที่เพิ่งค้นพบสี่ชนิดซึ่งเดินทางจากนิวเคลียสไปยังคลอโรพลาสต์ งานนี้ได้รับทุนสนับสนุนจาก National Institutes of Health ด้วยความหวังว่าจะช่วยในการรักษาโรคมะเร็ง ความหวังนี้ขึ้นอยู่กับความคล้ายคลึงกันระหว่างคลอโรพลาสต์ในเซลล์พืชและไมโทคอนเดรียในเซลล์ของมนุษย์ ออร์แกเนลล์ทั้งสองสร้างเชื้อเพลิงสำหรับการเจริญเติบโต และทั้งสองเป็นแหล่งเก็บสารพันธุกรรม ปัจจุบัน มีงานวิจัยจำนวนมากที่อธิบายถึงการสื่อสารจากออร์แกเนลล์กลับไปยังนิวเคลียส หากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้นกับออร์แกเนลล์ พวกมันจะส่งสัญญาณไปยัง "สำนักงานใหญ่" ของนิวเคลียส ไม่ค่อยมีใครรู้เรื่องสัญญาณควบคุมกิจกรรมที่ส่งจากนิวเคลียสไปยังออร์แกเนลล์ "นิวเคลียสอาจควบคุมการแสดงออกของยีนไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ในลักษณะเดียวกัน" เฉินกล่าว "หลักการที่เราเรียนรู้จากเส้นทางการสื่อสารระหว่างนิวเคลียสกับคลอโรพลาสต์อาจทำให้เราเข้าใจได้มากขึ้นว่านิวเคลียสควบคุมยีนไมโตคอนเดรียและความผิดปกติในมะเร็งได้อย่างไร" เฉินกล่าว ความสำคัญของการทำความเข้าใจว่าการควบคุมการสังเคราะห์ด้วยแสงมีประโยชน์อย่างไรนอกเหนือจากการวิจัยโรค การตั้งถิ่นฐานของมนุษย์บนดาวดวงอื่นน่าจะต้องการการทำฟาร์มในร่มและสร้างโครงร่างที่เบาเพื่อเพิ่มผลผลิตในสภาพแวดล้อมนั้น ยิ่งไปกว่านั้น การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศกำลังสร้างความท้าทายให้กับผู้ปลูกพืชบนโลกใบนี้ “เหตุผลที่เราอยู่รอดบนโลกใบนี้ได้ก็เพราะสิ่งมีชีวิตเช่นพืชสามารถสังเคราะห์แสงได้ ถ้าไม่มีพวกมัน ก็ไม่มีสัตว์ รวมทั้งมนุษย์ด้วย” เฉินกล่าว "ความเข้าใจอย่างถ่องแท้และความสามารถในการควบคุมการเจริญเติบโตของพืชมีความสำคัญต่อความมั่นคงทางอาหาร"