Hoe beschermen planten zich tegen te veel zonlicht?
Dat een schakeleiwit een rol speelt bij de bescherming van een plant tegen te veel zonlicht was al bekend, maar hoe precies nog niet. De onderzoeksgroep van Anjali Pandit heeft nu ontdekt dat dit eiwit van vorm verandert bij een overschot aan zonlicht. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications.
Planten hebben licht nodig, maar in de volle zon kan zogeheten fotoschade optreden. Er vindt dan verzuring plaats in de bladgroenkorrels van de plant. De hypothese is dat het schakeleiwit PsbS op deze verzuring reageert en een signaal doorgeeft aan de lichtantenne van de plant. Deze antenne zet zichzelf vervolgens uit en zorgt ervoor dat het felle zonlicht dat op de plant schijnt omgezet wordt in warmte, zodat de plant geen schade meer oploopt.
Ontdekking
Scheikundige Anjali Pandit, haar voormalig promovendus Maithili Krishnan van het Leids Instituut voor Chemisch Onderzoek en onderzoekers van VU Amsterdam hebben nu ontdekt hoe de schakel van het PsbS-eiwit werkt: ze ontdekten dat het eiwit van vorm verandert bij een overschot aan zonlicht. Ze brachten hiervoor gerichte mutaties aan op het eiwit. Vervolgens wisten ze met geavanceerde NMR- en infraroodlasertechnieken aan te tonen waar essentiële structuurveranderingen plaatsvinden in het eiwit.
Wereldwijde voedselzekerheid
Het beschermingsmechanisme waarin het PsbS-eiwit een cruciale rol speelt is belangrijk voor planten, maar het beperkt ook hoe efficient een plant zonlicht in energie omzet. Pandit: ‘Daarom is het belangrijk dat we meer te weten komen over de mechanismen achter fotosynthese. Door te sleutelen aan fotosynthese, bijvoorbeeld door dit beschermingsmechanisme tegen schade scherper af te stellen, kunnen we gewassen verbeteren. Denk aan een hogere voedselproductie en een betere tolerantie tegen droogte.’ Zo blijkt uit eerder onderzoek dat tabaksplanten met verhoogde PsbS-aanmaak 15 procent meer biomassa opbrengen.
De volgende stap is om uit te zoeken hoe PsbS een waarschuwingssignaal doorgeeft in de plant en hoe dit leidt tot het bijsturen van de fotosynthese reactie. Hiervoor gaat een team onderzoekers, waar Pandit deel van uitmaakt, de handen ineenslaan met behulp van een NWO ENW – GROOT-subsidie uit 2020. ‘We hopen met dit soort fundamenteel onderzoek bij te dragen aan de wereldwijde voedselzekerheid in een veranderend klimaat’.
Wetenschappelijke paper
Maithili Krishnan et al. (April 2021), The molecular pH-response mechanism of the plant light-stress sensor PsbS, Nature Communications.