hrvatski

Molekularna organizacija i funkcija fotosintetskog sustava tijekom razvoja iglica smreke Picea abies (L.) Karst.

Proces fotosinteze pripada među najvažnije biološke procese na Zemlji. Istraživanje molekularne organizacije i funkcije fotosintetskog sustava u vegetativnim pupovima i iglicama smreke predstavlja dio opsežnih istraživanja razvoja ovih struktura. Glavni cilj ovog istraživanja bio je utvrditi dinamiku biogeneze fotosintetskog sustava, te dovesti u korelaciju fiziološke i molekularne procese koji se odvijaju tijekom razvoja iglica smreke. Biljni materijal korišten u ovom istraživanju bili su embrionski izdanci vegetativnih pupova, prošlosezonske iglice, te četiri razvojna stadija mladih iglica (7, 11, 15 i 19 mm). Uzorkovanje je vršeno u razdoblju od 07. travnja do 09. lipnja 2002. godine. Određivanje produkcije kisika i respiracije izvršeno je kisikovom elektrodom ("Clark-type, gas-phase", Hansatech). Efikasnost fotosustava II i funkcija elektron-transportnog lanca testirani su mjerenjem fluorescencije klorofila a in situ, metodom saturacijskog pulsa. Fotosintetski pigmenti ekstrahirani su 80%-tnim acetonom i kvantificirani spektrofotometrijski, a broj kloroplasta u mezofilnim stanicama određen je na poprečnim prerezima kroz primordije pupova i različite razvojne stadije iglica. Kvalitativna analiza topljivih i membranskih proteina izvršena je SDS-elektroforezom, a detekcija razine kompleksa za skupljanje svjetlosti fotosustava II (LHC II) i velike podjedinice Rubisco-a (LSU) imunodetekcijom nakon "Western blotting"-a. Mjerenja produkcije i potrošnje kisika pokazala su da su vrijednosti respiracije u vegetativnim pupovima i mladim iglicama 2-3 puta veće od vrijednosti istog parametra u prošlosezonskim iglicama. Kompenzacija respiracije u vegetativnim pupovima nije postignuta niti aplikacijom najveće količine svjetlosti (1100 μ mol_FOTONA m-2 s-1 PPFD). U prvom razvojnom stadiju mladih iglica kompenzacija respiracije postiže se pri apliciranoj količini svjetlosti od ≥ 650 μ mol_FOTONA m-2 s-1 PPFD. U posljednjem razvojnom stadiju mladih iglica kompenzirana već pri 30 μ mol_FOTONA m-2 s-1 PPFD, jednako kao i u prošlosezonskim iglicama. Mjerenja fluorescencije klorofila a in vivo pokazala su da je funkcionalan fotosustav II bio prisutan i u vegetativnim pupovima i u svim razvojnim stadijima iglica. Efektivni prinos fluorescencije bio je, međutim, niži u pupovima u odnosu na prošlosezonske iglice, što je utjecalo i na smanjenje relativne stope elektronskog transporta (rel. ETR) u kloroplastima pupova. Vrijednosti efektivnog prinosa fluorescencije, te relativne stope elektronskog transporta, u prva tri razvojna stadija mladih iglica (7, 11 i 15 mm) mogu se smatrati intermedijarnima, dok su vrijednosti istih parametara u posljednjem razvojnom stadiju mladih iglica (19 mm) bile bliže onima za prošlosezonske iglice. Usporedbom koeficijenata fotokemijskog "quenching"-a (qP) utvrđena je niža vrijednost za vegetativne pupove nego za prošlosezonske iglice, što je najvjerojatniji razlog smanjenju efektivnog prinosa fluorescencije i stope elektronskog transporta. Vrijednosti fotokemijskog "quenching"-a (qP) u mladim iglicama počele su rasti nešto ranije od efektivnog prinosa fluorescencije i relativne stope elektronskog transporta, tako da je već i treći razvojni stadij (15 mm) pokazivao vrijednosti slične prošlosezonskim iglicama. Vrijednosti nefotokemijskog "quenching"-a (qN) bile praktički jednake u pupovima i svim razvojnim stadijima iglica, što znači da su fotoprotektivni mehanizmi bili potpuno funkcionalni. Koncentracija klorofila a, klorofila b i ukupnih karotenoida bila je signifikantno niža u vegetativnim pupovima nego u prošlosezonskim iglicama. Značajan porast koncentracije klorofila a, ukupnog klorofila i ukupnih karotenoida desio se u posljednjem razvojnom stadiju mladih iglica (19 mm), dok je koncentracija klorofila b značajno porasla već u trećem razvojnom stadiju mladih iglica (15 mm). Broj kloroplasta po poprečnom prerezu stanice bio je oko 3 puta niži u pupovima nego u prošlosezonskim iglicama. Porast broja kloroplasta bio je najintenzivniji u prvom razvojnom stadiju mladih iglica (7 mm). Proteinski profil vegetativnih pupova pokazao je veći broj polipeptida i razlike u intenzitetu pojedinih vrpci, u usporedbi s prošlosezonskim iglicama. Tijekom razvoja mladih iglica nisu uočene bitnije promjene niti proteinskog profila niti intenziteta pojedinih vrpca, osim za protein molekulske mase oko 50 kDa, koji najvjerojatnije odgovara velikoj podjedinici RubisCO-a. Razine velike podjedinice RubisCO-a bile su niske u pupovima i prva tri razvojna stadija mladih iglica (7, 11 i 15 mm) a tek u posljednjem razvojnom stadiju (19 mm) zabilježena je intenzivnija biosinteza ova dva proteina. Jednaka kinetika mogla se pratiti i za LHC II protein. U vegetativnim pupovima i prva dva razvojna stadija detektirane su dvije izoforme LHC II proteina, a u trećem i četvrtom razvojnom stadiju (15 i 19 mm), kao i u prošlosezonskim iglicama, prisutna je samo LHC II izoforma manje molekulske mase. Izvršena istraživanja molekularne organizacije i funkcije fotosintetskog sustava u kloroplastima vegetativnih pupova, prošlosezonskih iglica, te različitih razvojnih stadija mladih iglica upućuje na zaključak da biogeneza fotosintetskog sustava započinje kao dio ukupne stanične diferencijacije već u pupovima. Završetak diferencijacije slijedi nakon perioda dormancije, ali s priličnom zadrškom u odnosu na trenutak probijanja zaštitnih ljusaka. Opisana tromost biogeneze fotosintetskog sustava tijekom ranog razvoja iglica smreke indicira da bi i neki drugi ekološki činitelj, osim svjetlosti, mogao biti ključan u ovom procesu.

Picea abies; kloroplasti; fotosinteza; fluorescencija klorofila; LHC II; RubisCO LSU

nije evidentirano