Fotosystém II je klíčový proteinový komplex, který je zodpovědný za první krok celého procesu fotosyntézy – štěpení molekul vody pomocí světelné energie. Světlosběrné proteiny, které jsou k němu připojené, mají u smrku ztepilého netypické uspořádání, díky kterému může tento jehličnan hospodařit s nadbytečným světlem jinak než ostatní suchozemské rostliny. Překvapivě se také ukazuje, že struktura smrkového fotosystému II je nápadně podobná uspořádání tohoto komplexu u zelených řas, evolučně výrazně starších předchůdců suchozemských rostlin. Vyplývá to ze studie vědců z Univerzity Palackého v Olomouci a odborníků z Univerzity Martina Luthera v Halle-Wittenberg. Výsledky jejich vědecké práce byly publikovány v prestižním vědeckém časopise Nature Plants.
Vědci při studiu struktury fotosystému II u smrku ztepilého z čeledi borovicovitých použili kryogenní elektronovou mikroskopii, díky které zjistili detaily jeho organizace. Pomocí strukturní analýzy ve fotosystému II smrku odhalili neobvyklé proteinové složení, jehož nedílnou součástí je monomerní světlosběrný protein Lhcb8. U většiny suchozemských rostlin se v jeho pozici nachází protein Lhcb4, který bývá proteinem Lhcb8 nahrazen až při specifických stresových podmínkách, kterým je rostlina vystavena, například při vysoké intenzitě světla.
„Stálá přítomnost proteinu Lhcb8 ve struktuře fotosystému II je typická spíše pro evolučně nižší fotosyntetické organismy, jako jsou zelené řasy. Dosud není jasné, proč právě u zástupců čeledi borovicovitých k záměně Lhcb4 za Lhcb8 ve fotosystému II došlo. Na základě našich dalších studií se domníváme, že tato změna umožňuje specifické hospodaření s nadbytečným světlem,“ uvedl korespondující autor článku Roman Kouřil z katedry biofyziky přírodovědecké fakulty.
Vědcům se také podařilo ve struktuře fotosystému II lokalizovat molekulu α-tokoferolu (vitaminu E) a α-tokoferolchinonu. „Je známo, že vitamin E je důležitou součástí antioxidativního ochranného systému rostlin, ale jeho specifická vazba na fotosystém II nebyla dosud zaznamenána. Naše zjištění tak může iniciovat další výzkum role vitaminu E v ochraně fotosystému II před fotooxidativním poškozením,“ podotkl Roman Kouřil.
Na výzkumu se kromě vědců z katedry biofyziky a katedry experimentální biologie přírodovědecké fakulty a Univerzity Martina Luthera v Halle-Wittenberg podíleli také odborníci z CATRIN UP, Výzkumného ústavu rostlinné výroby, Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR v Olomouci a CEITEC Masarykovy univerzity v Brně.