36.2: Фоторецепторы и реакция растений на свет

Свет играет важную роль в регулировании роста и развития растений. Помимо обеспечения энергии для фотосинтеза, свет дает и другие важные сигналы для регулирования ряда физиологических и физиологических реакций растений.

Что такое фоторецептор?

Растения реагируют на свет с помощью уникального набора светочувствительных белков, называемых фоторецепторами. Фоторецепторы содержат фотопигменты, которые состоят из белкового компонента, связанного с небелковым светопоглощающим пигментом, называемым хромофором. Существует несколько различных типов фоторецепторов, которые различаются по аминокислотной последовательности и типу присутствующего хромофора. Эти типы максимально реагируют на различные длины волн света, от ультрафиолета B (280–315 нм) до дальнего красного (700–750 нм). Поглощение света хромофором вызывает структурные изменения фоторецептора, вызывая серию событий передачи сигнала, которые приводят к изменениям экспрессии генов.

Фитохромная система

Многие типы фоторецепторов присутствуют в растениях. Фитохромы - это класс фоторецепторов, которые воспринимают красный и инфра-красный свет. Фитохромная система действует как переключатель естественного света, позволяя растениям реагировать на интенсивность, продолжительность и цвет окружающего света.

Фитохромная система играет важную роль в фотоморфогенезе - росте и развитии растений в ответ на свет. Яркий солнечный свет содержит больше красного света, чем дальний красный свет. Хлорофилл сильно поглощает красный свет, поэтому затененные участки растений получают больше красного света, чем красного света.

Растения используют фитохромы для адаптации своего роста к красному и дальнему красному свету. Воздействие дальнего красного света в затемненных областях вызывает удлинение стеблей и черешков в поисках света. С другой стороны, воздействие красных волн нефильтрованного солнечного света усиливает боковой рост и ветвление.

Когда семена прорастают, корни расширяются в почву, а побеги в направлении света. Растения также изменяет их рост для максимального увеличения экспозиции. Как растения определяет направление и качество света?

Светочувствительные рецепторы, также называются фоторецепторами, опосредуют реакцию растения на свет. Фоторецепторы содержат белковый компонент, связанный со свето-поглощающим пигментом, хромофором. Растения могут иметь несколько семейств и вариантов фоторецепторов.

Вместе они реагируют на длины волн светового диапазона от ультрафиолетового излучения до инфра-красного региона спектра света. Каждый хромофор в специфическом фоторецепторе поглощает свет определенной длины волны, которая вызывает структурные изменения в рецепторе. Активация фоторецептора запускает сигнальный каскад в клетках растения.

Это, в свою очередь, может привести к экспрессии генов, оказывающих влияние на рост и морфологию растения. Например, растения изменяют их рост в ответ, чтобы затемниться с помощью семейства фоторецепторы фитохрома. Каждый фитохром имеет по две уникальных формы с возможностью трансформации:физиологически неактивный Pr и активный Pfr.

Pr поглощает красный свет и быстро преобразуется к активной форме Pfr. Pfr поглощает дальний красный свет и конвертируется обратно к неактивной форме Pr.Последовательное преобразование PR и PFR достигает динамического равновесие при дневном свете. Более высокие растения могут фильтровать красный свет из спектра света, оставляя растения пониже с большим количеством инфра-красного излучения, чем прямой солнечный свет.

Система фитохрома позволяет растению определять соотношение красного к инфра-красному свету и скорректировать свой рост. Когда равновесие Pfr:Pr смещается в сторону Pr, растение удлиняется в поисках света. Более высокий уровень Pfr индуцирует боковой рост или ветвление.

В этом случае система фитохрома позволяет растениям развиваться дальше от затемнения и по направлению к свету.