​

Cùng với các đồng nghiệp từ Thụy Điển, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu hệ thống vận chuyển protein của vi khuẩn đã phát triển theo thời gian ra sao để hình thành hệ thống trong lục lạp của thực vật bậc cao hơn. Họ khám phá ra cái gọi là hạt công nhận tín hiệu (SRP) và các thụ thể của chúng. Các phân tích tin sinh học và sinh hóa cho thấy rằng rêu Physcomitrella patens có các thành phần tiến hóa cũ và mới của hệ thống SRP, và do đó đại diện cho một giai đoạn trung gian trong quá trình phát triển từ hệ thống vận chuyển vi khuẩn sang hệ thống lục lạp ở thực vật cao hơn. Nhóm nghiên cứu quốc tế do Giáo sư Tiến sĩ Danja Schünemann và Tiến sĩ Chantal Trager, Trường Đại học Ruhr, đứng đầu.

Hệ thống SRP hướng dẫn các protein mới đến nơi làm việc của chúng

Trong dịch tế bào, một cơ chế vận chuyển đặc biệt vận chuyển protein từ nơi ban đầu đến nơi làm việc, ví dụ như trong màng tế bào. Yếu tố quyết định là cái gọi là hệ thống SRP. Nó liên kết chính nó với protein được vận chuyển, đi cùng với nó đến màng tế bào và tương tác ở đó với thụ thể SRP (FtsY). Nếu hệ thống SRP liên kết với thụ thể, thì sự phân cắt của phân tử lưu trữ năng lượng GTP kích hoạt các quá trình tiếp theo để rồi cuối cùng neo giữ protein trong màng.

Từ vi khuẩn lam đến lục lạp

Trong dịch tế bào của vi khuẩn, động vật và thực vật, hệ thống SRP bao gồm hai thành phần: protein SRP54 và axit ribonucleic SRP RNA. Vài năm trước đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện thấy rằng, lạp lục của thực vật bậc cao hơn, tức là các thành phần tế bào có chức năng tổng hợp ánh sáng, sở hữu hệ thống SRP của riêng mình. Nó rất khác biệt với hệ thống của dịch tế bào bởi vì nó không có SRP RNA. Tuy nhiên, bên cạnh SRP54 nó cũng chứa protein SRP43, chỉ xuất hiện duy nhất trong lục lạp. Các nhà khoa học cho rằng lục lạp có nguồn gốc từ vi khuẩn lam, là vi khuẩn ban đầu sống cộng sinh với các tế bào tiền thân thực vật và cuối cùng đã được tích hợp vào trong tế bào thực vật. Còn hiện nay, các nhà khoa học đã khám phá ra được bằng cách nào mà hệ thống SRP không có RNA của lục lạp có nguồn gốc từ hệ thống SRP có chứa RNA của vi khuẩn.

Dùng tin sinh học để kiểm tra vương quốc thực vật

Với sự trợ giúp của tin sinh học, các nhà sinh vật học ở Bochum và Tiến sĩ Magnus Rosenblad tại Đại học Gothenburg lần đầu tiên kiểm tra đại diện nào trong vương quốc thực vật có thành phần hệ thống SRP nào trong lạp lục của nó. "Chúng tôi ngạc nhiên khi phát hiện thấy rằng nhiều sinh vật, từ tảo xanh đơn bào đến rêu và dương xỉ, có gen SRP RNA trong lạp lục của mình," Danja Schünemann cho biết. "Các trường hợp ngoại lệ duy nhất là thực vật bậc cao  hơn, đã bị mất gen này". Ở thực vật bậc cao hơn, hệ thống SRP chỉ gồm có protein SRP54 và protein SRP43. Tuy nhiên thú vị là, SRP43 cũng xuất hiện trong lục lạp của cây bậc thấp hơn, mà vẫn còn tồn tại gen SRP RNA.

SRP RNA ở rêu đã mất đi phần nào chức năng

Phối hợp với một số nhóm của Trung tâm nghiên cứu hợp tác SFB 642 tại RUB, Tiến sĩ Chantal Trager đã nghiên cứu sinh hóa của rêu Physcomitrella patens, là một trong số các thực vật bậc thấp hơn. Physcomitrella có tất cả các thành phần có thể có của hệ thống SRP trong lạp lục của mình: cả hai thành phần tiến hóa cũ là SRP54 và SRP RNA, cũng như protein tiến hóa gần đây hơn là SRP43. Tuy nhiên, SRP RNA của lạp lục rêu tạo thành một vòng dài hơn so với SRP RNA vi khuẩn. Cấu trúc thay đổi này dường như đã khiến nó không thể điều chỉnh sự phân cắt GTP. Physcomitrella patens do đó chứa thành phần tiến hóa cũ SRP RNA, mà phần lớn đã bị mất đi một số chức năng nhất định. Do đó, hệ thống SRP của lạp lục của rêu Physcomitrella patens đại diện cho sự chuyển tiếp giữa vi khuẩn và thực vật bậc cao  hơn. Phân tích cấu trúc X- quang cũng cho thấy thụ thể SRP (FtsY) của rêu có các tính chất của protein của thực vật bậc cao hơn.

Xem thêm tại http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-01/rb-htp011513.php

Thanh Vân - Dost-dongnai, Theo Eurekalert.