Kuinka kasvi tietää, mistä aurinko paistaa? Fytokromi toimii kasvien silminä ja kellona

Kasvien, sienten ja bakteerien tavasta reagoida valoon on saatu uutta tietoa. Jyväskylän ja Göteborgin yliopistojen viisivuotisen tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää esimerkiksi maataloudessa sadon parantamiseksi.

tiede
Auringonkukkia kasvaa pellon täydeltä.
Johanna Talasterä / Yle

Tehokas fotosynteesi (siirryt toiseen palveluun) vaatii, että kasvien lehdet saavat suoraa auringon valoa. Tämän vuoksi kasvit kasvavat valoa kohti. Mutta kuinka ne tietävät, mistä suunnasta aurinko paistaa?

Kasvit, bakteerit ja sienet reagoivat valoon valoherkkien proteiinien avulla. Prosessista on saatu uutta tietoa Jyväskylän ja Göteborgin yliopistojen viisivuotisessa tutkimuksessa, jossa havainnoitiin yhden valoon reagoivan proteiinin eli fytokromin (siirryt toiseen palveluun) toimintaa.

Tutkijat onnistuivat yhdistämään kaksi eri mittaustekniikkaa ja tarkastelemaan samanaikaisesti sekä valoon reagoivien proteiinien kemiallisia että rakenteellisia muutoksia.

– Suurena haasteena on yhdistää nämä eri mittaustekniikat ja luoda prosessin mekanismeista yksi yhtenäinen kuva. Juuri tässä onnistuimme tutkimuksessamme, kertoo professori Janne Ihalainen Jyväskylän yliopiston bio- ja ympäristötieteiden laitokselta.

Fytokromi kertoo, onko pilvistä vai paistaako aurinko

Fytokromeja löytyy kaikista kasvien lehdistä sekä monista eri bakteereista ja sienistä. Niiden tehtävä on havaita ja signaloida soluille missä, minkälaista, ja kuinka paljon valoa on tarjolla.

Kasvit kurottavat usein valoa kohti mutta fytokromit auttavat yhtä lailla varjoisan paikan löytämisessä. Ne kertovat soluille, onko päivä vai yö ja onko pilvistä vai paistaako aurinko.

Kun fytokromiproteiinit imevät valoa itseensä, ne muuttavat muotoaan kemiallisesti ja rakenteellisesti, tarkoin määritetyllä tavalla.

– Periaatteessa fytokromit toimivat kasvien ja bakteerien silminä ja kellona. Olemme havainneet, kuinka fytokromit toimivat molekyylitasolla, apulaisprofessori Sebastian Westenhoff Göteborgin yliopiston molekyylibiologian ja kemian laitokselta kertoo.

Tutkimustuloksia voidaan hyödyntää maataloudessa

Tuoreet havainnot lisäävät ymmärrystä fytokromien toimintamekanismista. Tulevaisuudessa tutkimustuloksia voidaan hyödyntää proteiinien muokkauksessa esimerkiksi niin, että kasvien tuottamaa satoa voidaan parantaa.

Fytokromit toimivat kasvien ja bakteerien silminä ja kellona.

Sebastian Westenhoff

Ihalainen kertoo, että nyt havaituilla rakenteellisilla muutoksilla on toisaalta laajempaakin käyttöä biotieteissä.

– Valopulsseja voidaan ohjata soluihin erittäin tarkasti. Valoherkkien proteiinien kehittäminen solubiologian tutkimuksia varten kasvattaa solubiologien mahdollisuuksia tutkia solujen ja kudosten toimintaa entistä tarkemmin.

Tulokset on julkaistu Science Advance (siirryt toiseen palveluun) -lehden viimeisimmässä numerossa.

Lähteet: Jyväskylän yliopiston tiedote. Janne Ihalaisen haastattelu.