I boreale skove i senvinteren er frostgrader typiske, men samtidig kan solen allerede skinne meget kraftigt. Denne kombination er især farlig for stedsegrønne planter, såsom nåletræer. Klorofylpigment-proteinerne i deres nåle absorberer lys, men enzymaktiviteten, stoppet af kulden, forhindrer planterne i at bruge lyset til fotosyntese. Dette udsætter cellerne for beskadigelse.
Spredning af den overskydende lysenergi som varme, den såkaldte ikke-fotokemiske quenching, er en almindelig, hurtig og dynamisk, men intermitterende reguleringsmekanisme i alle planter og alger, og den bruges til at beskytte planten mod skader forårsaget af høj lysintensitet. Kombinationen af frysetemperaturer og høj lysintensitet resulterer imidlertid i en særlig form for slukning i nåletræer: vedvarende ikke-fotokemisk slukning.
Forskere fra Universitetet i Turku, Finland, opdagede en væsentlig del af mekanismen forbundet med vedvarende ikke-fotokemisk slukning i nåletræer. Opdagelsen er vigtig, da den pågældende mekanisme stadig er dårligt forstået i videnskaben.
"Vi indsamlede nåleprøver fra naturen i fire år og studerede grangrene under simulerede forhold, der efterlignede senvinteren. På basis af biofysiske og molekylærbiologiske analyser kunne vi vise, at den tredobbelte fosforylerede LHCB1-isoform og phospho-PSBS-protein i kloroplast ser ud til at være forudsætninger for udviklingen af vedvarende ikke-fotokemisk quenching, der sikkert spreder absorberet lysenergi som varme, siger doktorgradskandidat Steffen Grebe og postdoktor Andrea Trotta fra Molekylær Plantebiologi-enhed ved Institut for Biokemi ved Universitetet i Turku.
Ved phosphoryleringen af et protein tilsættes en phosphorylgruppe til visse aminosyrer, hvilket er en almindelig mekanisme til proteinregulering i celler. Fosforyleringen af proteinerne opdaget i gran er ikke blevet beskrevet i videnskaben før.
Forskerne mener, at sammen med den begrænsede fotoinhibering af fotosystem II, fører fosforyleringerne til strukturelle ændringer i pigment-proteiner, så nålene effektivt kan sprede den overskydende lysenergi.
Genomsekvensering af gran aktiverede ny forskning
Reguleringsmekanismerne for fotosyntese er tidligere blevet undersøgt på molekylært niveau, hovedsageligt på hurtigtvoksende arter, der regelmæssigt anvendes i plantebiologi, såsom thalekarse (Arabidopsis thaliana) og algen Chlamydomonas reinhardtii. Det er dog ikke muligt at studere vinterakklimatiseringen med disse planter og nemt overføre viden til nåletræarter. Den molekylærbiologiske forskning i nåletræer blev mulig, efter at grangenomsekventeringen blev offentliggjort i 2013.
"Grene-genomet er cirka ti gange større end menneskers. Genom-sekventeringen af gran ledet af vores mangeårige partner, professor Stefan Jansson fra Umeå Universitet, muliggjorde det molekylære fotosyntesestudie, vi nu har udført i Turku, siger hovedefterforsker, "akademiker Eva-Mari Aro.
De nye oplysninger om graners tilpasning til deres miljø kan bruges til at vurdere klimaændringernes indvirkning på fotosyntese af nåletræer og deres kulstofdrænkapacitet, da fotosyntese i nåleskove er et af de vigtigste kulstofdræn på en global skala.
