Важнейший фактор устойчивости фотосинтезирующих организмов их способность адаптироваться к быстроменяющимся условиям среды, в частности, к флуктуации освещенности. Одним из адаптационных механизмов при изменении спектрального состава света является процесс state transitions, т.е. переходы состояний. State transitions это обратимая миграция части светособирающих комплексов фотосистемы 2 между фотосистемами. Первым этапом state transitions является фосфорилирование белков Lhcb1 и Lhcb2 светособирающей антенны фотосистемы 2 с помощью STN7 киназы. Известно, что увеличение освещенности приводит к ингибированию STN7 киназы и накопления фосфорилированных белков Lhcb1 и Lhcb2. Однако до сих пор остается не выясненным механизм ингибирования киназной активности на высоком свету.

Ранее показано, что повышение освещенности приводит к увеличению продукции активных форм кислорода в хлоропластах, при чем за счет увеличения продукции пероксида водорода внутри тилакоидной мембраны. Образование пероксида водорода в непосредственной близости от местоположения STN7 киназы при повышении освещенности позволяет предположить участие пероксида водорода в ингибировании киназной активности.

В данной работе проведено исследование влияние пероксида водорода на светозависимое накопление фосфорилированных белков Lhcb1 и Lhcb2. Объектом исследования были тилакоидные мембраны, изолированные из растений Arabidopsis thaliana ecotype Columbia-0. Первым этапом работы стал подбор концентрации пероксида водорода, не оказывающих влияния на скорость транспорта электронов по электрон-транспортной цепи. В качестве рабочих концентрации были выбраны 250 и 500 µМ H2O2.

Было показано, что добавка пероксида водорода в выбранных концентрациях приводит к снижению светозависимого накопления фосфорилирвоанных белков Lhcb1 и Lhcb2. В качестве дополнительного контроля проводили оценку содержания фосфорилированного белка D1 – продукта другой киназы STN8, количество данного белка не изменялось в присутствии и отсутствие пероксида водорода. Полученные результаты демонстрируют ингибирующее влияние пероксида водорода специфично на протекание процесса state transitions.



Работа поддержана грантом Российского научного фонда №22-74-10088.

The most important factor in the functioning of photosynthetic organisms is their ability in adaption to various lighting conditions, and one of these regulatory mechanisms is the phosphorylation and dephosphorylation of photosystem 2 antenna proteins. This process occurs when the night period changes to daytime, as well as when the light spectrum changes. In the english literature such protective mechanism is called state transitions. State transitions is characterized as a reversible phosphorylation and dephosphorylation of proteins of the external light-harvesting antenna of photosystem 2, which include proteins Lhcb1 and Lhcb2.

Reactive oxygen species (ROS), including hydrogen peroxide, play an important role in the development of adaptive responses occurring at the level of the photosynthetic apparatus of higher plants and green algae. Although our proposed hypothesis of the involvement of hydrogen peroxide in the reversible phosphorylation of proteins of the light-harvesting antenna of photosystem 2 was proposed in some of our works, it is still not proven.

In this work we studied the effect of hydrogen peroxide on the regulation of the state transitions process. The accumulation of phosphorylated Lhcb1 and Lhcb2 proteins was assessed in isolated thylakoids of Arabidopsis thaliana ecotype Columbia-0 plants at low light intensity (about 60 µE) in the absence and presence of hydrogen peroxide. The accumulation of phosphorylated Lhcb1 and Lhcb2 proteins was also evaluated at high light intensity (about 900 µE) in the presence and absence of catalase, which decomposes hydrogen peroxide.

During the addition of hydrogen peroxide to the thylakoid suspension, the amount of phosphorylated proteins of the light-harvesting antenna of photosystem 2 decreases, while during the addition of catalase, which decomposes hydrogen peroxide, the decrease of the amount of phosphorylated proteins of the light-harvesting antenna of photosystem 2 was not observed.

The results thus obtained the regulatory role of hydrogen peroxide in the the state transitions process.

The work was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-74-10088.