Müncheni Julius-Maximilian Ülikooli (JMU) taimeuurijad teatasid, et taimed kohandavad oma veetarbimist keskkonnatingimustega, loendades ja arvutades keskkonnastimulaatoreid oma kaitserakkude abil.
Taimed reguleerivad oma veetarbimist reguleeritavate pooride (õhulõhede) kaudu, mis moodustuvad kaitserakkude paaridest. Kui vett ja valgust on piisavalt süsihappegaasi sidumiseks fotosünteesi teel, avavad nad oma õhulõhed. Pimeduses ja veepuuduse korral aga algatavad nad pooride sulgumise.
SLAC/SLAH-tüüpi anioonkanalid valvurrakkudes on õhulõhede regulatsiooni jaoks üliolulised. Seda on näidanud Würzburgi Julius Maximiliani ülikooli (JMU) biofüüsiku professor Rainer Hedrichi juhitud töörühm.
Anioonkanaleid aktiveerivad kaltsiumisignaalid, mis omakorda tulenevad keskkonnastiimulitest, nagu vee- ja toitainete puudus, mulla sooldumine või patogeenidega nakatumine. Need kaltsiumisignaalid esinevad stiimulist olenevalt erineval kujul. Teaduses nimetatakse seda seetõttu ka kaltsiumi signatuuriks. Levinud signatuur on nn kaltsiumi transient, mis on kiire ja ajutine kaltsiumi kontsentratsiooni suurenemine rakus.
Kui palju informatsiooni kaltsiumitransient sisaldab? Sellele küsimusele vastamiseks on Hedrichi meeskond nüüd rakendanud optogeneetilist meetodit uudsete valgusaktiveeritud kaltsiumikanalitega varustatud mudeltaimede puhul: valgusimpulsid võivad nende taimede valvurirakkudes tekitada kaltsiumisignaale ja rakulist vastust saab analüüsida.
„Me olime üsna üllatunud, et 0,1, ühe ja kümne sekundi pikkused valgusimpulsid tekitasid peaaegu identseid kaltsiumisiirdeid,“ ütleb Shouguang Huang, ajakirjas Current Biology avaldatud uuringu esimene autor: Kaitserakkudes tõusis kaltsiumikontsentratsioon pärast valgusstimulatsiooni 30 sekundiks, et seejärel veel 30 sekundi pärast uuesti langeda.
„Me kahtlustasime, et see kõik-või-mitte-midagi-nähtus tekib seetõttu, et väljastpoolt sissevoolava kaltsiumi hulk vabastab raku sisemistest varudest täiendavat kaltsiumi, mis võimendab signaali optimaalselt,“ selgitab Rainer Hedrich. Würzburgi taimeteadlastel oli õigus: kui nad pärssisid kaltsiumi ladestumist raku endoplasmaatilises retiikulumis, siis kaltsiumi transient ja sellele järgnev reaktsioon puudusid.
„Me olime teist korda hämmastunud, kui täheldasime lisaks kaltsiumisignaalile ka järgnevat reaktsiooni valverakkudes: anioonvoolu suurenemist,“ selgitab Shouguang Huang. Nagu kaltsiumitransientide puhul, vallandasid erineva pikkusega valgusimpulsid sarnase kuju ja tugevusega anioonvoolud. Voolud järgnesid kaltsiumisignaalile ajalise viivitusega: need suurenesid alles pärast seda, kui kaltsiumikontsentratsioon tsütosoolis ületas läve.
Pärast kaltsiumisiirde vaibumist jäi anioonvool mõõdetavaks veel 30 sekundiks. See elektrisignaali viivitus on seotud ensüümide bioloogiaga, mis töötlevad kaltsiumisignaali ja lülitavad vastavalt anioonkanaleid sisse või välja, selgitab Rainer Hedrich. See tegi selgeks: 0,1-sekundiline kaltsiumi sissevool võimendub rakus sedavõrd, et käivitub järgnev reaktsioon, mis kestab enam kui sada korda kauem. Mitu kaltsiumisiirdeperioodi on vaja, et taimed oma õhulõhesid sulgeksid? Sellele küsimusele vastamiseks saatis uurimisrühm kaitserakke iga poole minuti järel 0,1-sekundilise valgusimpulssi ja jälgis õhulõhesid. Pooride suurus vähenes pärast esimest impulssi 10 protsenti, pärast kolme stiimulit 30 protsenti, pärast kuut stiimulit 80 protsenti ja pärast 12 või enamat stiimulit 100 protsenti.
„See näitab, et valvurrakud suudavad lahendada kuus järjestikust kaltsiumiimpulssi ja muuta need õhulõhe liikumiseks. Seega suudavad valvurrakud lugeda kuueni,“ ütleb Rainer Hedrich. „Kui stimulatsioonisagedust kahekordistasime, ei olnud õhulõhe sulgumine sunnitud. Kui seda poole võrra vähendasime, oli õhulõhe liikumine hilinenud.“
originaal avaldamist
Kaitserakud loendavad unitaarsete tsütosoolsete Ca2+ signaalide arvu, et reguleerida õhulõhede dünaamikat. Shouguang Huang, M. Rob G. Roelfsema, Matthew Gilliham, Alistair M. Hetherington, Rainer Hedrich. Current Biology, 21. oktoober 2024, https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.07.086
Loe ka
Üleväetamine hävitab lämmastikku siduvate taimede mitmekesisust – Pugnalom
Rohepesu: Miljonid maksuraha ohakate heaks – Pugnalom
