电子采取替代途径以防止植物压力

植物容易受到压力,随着气候变化的全球影响和人类对食物不断增长的需求,了解导致植物压力和抗逆性的原因至关重要。当植物在光合作用期间吸收过量的光能时,产生活性氧物质,可能引起损害重要结构的氧化应激。植物可以通过氧化P700(光系统I中的反应中心叶绿素)来抑制活性氧的产生。一项新研究揭示了这一重要过程:P700氧化诱导的循环电子流是光系统I中发生的电荷重组。这些发现于6月5日发表在植物中。

该研究由Chikahiro Miyake教授,助理教授Shinya Wada和Kanae Kadota(神户大学)与Amane Makino教授(东北大学)和副教授Yuji Suzuki(岩手大学)合作领导。

Miyake教授的团队在之前的研究中发现,所有产氧光合物种都使用P700氧化系统来处理氧化应激。Miyake教授和Giles Johnson博士(曼彻斯特大学高级讲师)发现P700氧化伴随着光系统I(PSI)中的循环电子流(CEF)。这种循环流动对于构成光合作用一部分的线性电子流不是必需的,那么它在做什么呢?为了找到关于这种替代流程的更多信息,该团队分析了与PSI复合物中的反应相关的电子载体与评估线性电子流的活性水平的PSII量子产率[Y(II)]之间的相互作用。他们使用了主要作物:小麦叶。

结果表明,在从P700 *(激发的P700)到铁氧还蛋白(Fd)的电子流中,存在电子载体A0,A1,FX,FA / FB,当P700α(氧化的P700)累积时,发生电荷复合。哪些电子从电子载流子流入。在P700 *中发生电荷分离,将电子传递到电子载体A0并氧化形成P700 +。P700 +从PSII接收电子并降低到其基态。同时,A0接受的电子通过A1,FX和FA / FB并通过Fd流向NADP +,最终产生NADPH(光合作用中使用的化学能)。通过观察叶样品中的反应速度,FX和P700 +之间的电荷重组可以被认为是主要途径。

已经在生物化学分离的PSI复合物,蓝细菌和绿藻中在细胞水平上揭示了电荷重组的存在。然而,到目前为止,它在光合作用中的作用还不清楚。该发现表明电子基于P700 +的反应性从FX流向P700 +。

作为次要结果,该团队还揭示了基于电荷重组抑制活性氧物质产生的机制。与氧的电子载流子相比,电子载流子A0,A1,FX,FA / FB具有非常低的还原电位。这表明它们可以很容易地将电子传递给氧气并产生活性氧物质。在该研究中揭示的电荷重组起到抑制这些电子载体和氧之间相互作用的作用。

该研究提出由P700氧化诱导的循环电子流的特征在于在PSI复合物内发生的电荷重组反应,包括必要条件和循环电子载流子速度。下一步是研究PSI复合物中电荷重组作用的普遍性。