Wpływ zmian w składzie i organizacji kompleksów chlorofilowo-białkowych na przestrzenną strukturę tylakoidów roślin typu C3

W pracy przedstawiono wyniki badań nad zmianami struktury przestrzennej błon tylakoidów w zależności od składu i organizacji kompleksów chlorofilowo-białkowych (CP) przeprowadzonych na dwóch gatunkach roślin: grochu zwyczajnym (Pisum sativum) oraz fasoli wielokwiatowej (Phaseolus coccineus). Gatunki te różnią się odpornością na niską temperaturę, groch jest rośliną tolerującą temperatury w zakresie 0-12oC, natomiast fasola jest wrażliwa na chłód. Różnią się także przestrzenną strukturą chloroplastów, w grochu tylakoidy zorganizowane są w duże, wyraźnie wyodrębnione grana, natomiast u fasoli obszary ścieśnione są mniejsze i nieregularnie rozmieszczone wewnątrz chloroplastu. Na podstawie obrazów fluorescencji chlorofilu uzyskanych metodą laserowej skaningowej mikroskopii konfokalnej opracowano przestrzenne modele odzwierciedlające rozkład i organizację błon tylakoidów u obu gatunków. Zbadano również wpływ jonów magnezu na zmiany struktury przestrzennej tylakoidów. Wpływ zmian składu i organizacji kompleksów CP na strukturę przestrzenną tylakoidów badano z wykorzystaniem dwóch układów doświadczalnych: przechłodzenia w ciemności odciętych liści oraz wzrostu roślin w warunkach optymalnej temperatury i umiarkowanego lub słabego natężenia światła. Stwierdzono, że w warunkach niskiej temperatury w tylakoidach fasoli następuje wzrost fosforylacji białek LHCII niezwiązany z aktywnością fotochemiczną tylakoidów. Natomiast w tych samych warunkach w tylakoidach grochu poziom fosforylacji ulega obniżeniu. Obserwacje te korelują ze zmianami struktury przestrzennej tylakoidów. W badaniach nad wpływem słabego natężenia światła określono różnice w strukturze przestrzennej tylakoidów, które zestawiono ze zmianami w: składzie białkowo-lipidowym błon tylakoidów, organizacji kompleksów CP i oddziaływaniach wewnątrzbłonowych oraz aktywności fotochemicznej PSII i PSI. Stwierdzono, że pomimo podobnych zmian strukturalnych w błonach tylakoidów grochu i fasoli związanych ze wzrostem w warunkach słabego natężenia światła zmiany organizacji kompleksów CP u obu gatunków podążają w odmiennych kierunkach. U grochu następuje m.in. częściowa migracja anten LHCII do fotosystemu I. Natomiast w przypadku fasoli migracja ta jest utrudniona, co jest sumarycznym efektem zmian składu lipidowego oraz stopnia agregacji białek – czynników wpływających na elastyczność błony tylakoidów. Badania wykazały, że zróżnicowane właściwości fizyko-chemiczne błon tylakoidów badanych gatunków określają ich możliwości aklimatyzacji do warunków niskiej temperatury i słabego światła. To zróżnicowanie składu i organizacji błon tylakoidów, będące punktem wyjściowym ułatwiającym lub utrudniającym przeciwdziałanie określonym warunkom stresowym, jest związane z pochodzeniem tych roślin z różnych stref klimatycznych.