Yhteyttämisen säätely hapetus–pelkistysreaktioiden avulla mahdollistaa kasvien sopeutumisen muuttuviin valo-olosuhteisiin (Väitös: FM Lauri Nikkanen, 8.8.2018, molekulaarinen kasvibiologia)

Kasvien viherhiukkasten hapetus–pelkistysreaktioita katalysoivat tioredoksiinientsyymit säätelevät yhteyttämisen reaktioita monin tavoin. Turun yliopistossa väittelevä Lauri Nikkanen on tutkinut kasvin tioredoksiinijärjestelmien merkitystä fotosynteettisissä prosesseissa. Tutkimuksessa todettiin tioredoksiineilla olevan keskeinen rooli yhteyttämisen säätelyssä.

 

Turun yliopiston tiedote 31.7.2018

Tioredoksiinientsyymien katalysoimat säätelyreaktiot mahdollistavat kasvin selviämisen olosuhteissa, joissa yksittäisen lehden vastaanottama valon voimakkuus sekä muut ympäristöolosuhteet saattavat vaihdella hyvin paljon ja nopeasti.

– Keinotekoisissa ympäristöissä, kuten pelloilla ja kasvihuoneissa, monet säätelymekanismeista ovat kuitenkin osittain tarpeettomia ja rajoittavat kasvien kasvua. Viherhiukkasen säätelyjärjestelmien toiminnan muokkaus yksinkertaisen geeniteknisen menetelmän avulla saattaakin olla tehokas keino parantaa viljelyskasvien tuottavuutta, Nikkanen toteaa.

Fotosynteesi tapahtuu kasvien ja levien viherhiukkasten sekä syanobakteerien tylakoidikalvostoilla, ja mahdollistaa lähes kaikkien Maan ekosysteemien toiminnan. Luonnonolosuhteissa kasvit kohtaavat nopeita vaihteluita valon voimakkuudessa ja muissa ympäristötekijöissä.

– Tämä on luonut valintapaineen moninaisten säätelymekanismien kehittymiselle fotosynteesikoneiston vahingoittumisen ja energiaa tuhlaavien turhien reaktioiden välttämiseksi.

Tutkimus hyödynnettävissä viljelykasvien ja biopolttoaineen tuotannossa

Tioredoksiinien katalysoima proteiinien rikkisiltojen pelkistys on keskeinen mekanismi, jonka avulla viherhiukkasissa tapahtuvia prosesseja säädellään.

Tioredoksiinit ovat pieniä proteiineja, joiden evolutiivinen historia ulottuu lähes neljän miljardin vuoden taakse. Erityisen monimuotoisia ne ovat kasveilla, joilla on kymmeniä erilaisia tioredoksiinimuotoja, kun esimerkiksi ihmisellä niitä on vain kaksi.

– Väitöskirjassani tutkin NADPH-riippuvaisen tioredoksiinijärjestelmän (NTRC:n) roolia fotosynteettisten prosessien säätelyssä. Osoitin, että NTRC:llä on keskeinen tehtävä hapetus–pelkistystasapainon säilyttämisessä fotosynteesin valoreaktioiden ja hiilensidontareaktioiden välillä, etenkin himmeässä valossa ja valo-olosuhteiden äkillisten muutosten aikana, Nikkanen kertoo.

NTRC säätelee solun tärkeimmän energiavaluutan adenosiinitrifosfaatin tuotantoa ja hiilensidontareaktioita katalysoivien entsyymien aktiivisuutta, ylimääräisen viritysenergian hajottamista, sekä elektroninsiirtoketjun toimintaa tylakoidikalvoilla.

– Havaitsin myös, että viherhiukkasen eri tioredoksiinimuodot ovat vuorovaikutuksessa keskenään, mikä mahdollistaa fotosynteettisten reaktioiden ja suojamekanismien dynaamisen säätelyn vaihtelevissa valo-olosuhteissa. Näiden säätelymekanismien ymmärtäminen on hyvin tärkeää kun pyritään bioteknisin keinoin maksimoimaan viljelykasvien tai biopolttoaineen tuottoa.

***

FM Lauri Nikkanen esittää väitöskirjansa Dynamic Regulation of Photosynthesis by Chloroplast Thioredoxin Systems julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa keskiviikkona 8.8.2018 klo 12.00 (Turun yliopisto, PharmaCity, Pha1-auditorio, Itäinen Pitkäkatu 4, Turku).

Vastaväittäjänä toimii professori Peter Geigenberger (Ludwig-Maximilians-Universität München) ja kustoksena professori Eevi Rintamäki (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen.

FM Lauri Nikkanen on syntynyt vuonna 1982 ja kirjoitti ylioppilaaksi Rauman yhteislyseon lukiossa Raumalla vuonna 2001. Nikkanen suoritti korkeakoulututkintonsa (FM) Turun yliopistossa vuonna 2013. Väitöksen alana on molekulaarinen kasvibiologia. Nikkanen työskentelee Turun yliopistossa tohtorikoulutettavana.

Väittelijän yhteystiedot: p. 044 284 2741, lenikk@utu.fi

Väittelijän kuva: https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/nikkanen_lauri.jpg

Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://www.utupub.fi/handle/10024/145739

 

 

Luotu 31.07.2018 | Muokattu 27.11.2018