Identification of prolamellar body disintegration phases in etiolated wheat Triticum aestivum seedlings based on chlorophyllide fluorescence spectra

Chlorofil (Chl), barwnik niezbędny do fotosyntezy, u etiolowanych roślin okrytonasiennych powstaje w szlaku regulowanym przez światło. Kluczowym etapem jego biosyntezy jest redukcja protochlorofilidu (Pchlidu) do chlorofilidu (Chlidu) katalizowana przez światłozależną reduktazę (LPOR). W warunkach ciemności Pchlid, w kompleksie z LPOR, jest gromadzony w charakterystycznych strukturach etioplastów nazywanych ciałami prolamellarnymi (PLB). Celem pracy było zbadanie faz rozpadu PLB w etiolowanych siewkach pszenicy na podstawie widm fluorescencji Chlidu. Widma fluorescencji zmierzono za pomocą kriostatu oraz spektrofluorymetru, analizując zachodzące zmiany w zależności od temperatury i czasu oświetlania. Dane analizowano za pomocą autorskich skryptów w języku Python, dopasowując dwie funkcje Gaussa do każdego z widm w celu wyznaczenia ich parametrów położeń maksimum emisji i amplitud. Wyniki pokazały, że redukcja Pchlidu zachodzi etapami, a maksima emisji fluorescencji poszczególnych pasm można przypisać różnym kompleksom Chlidu. Zaobserwowano również przesunięcie Shibaty w stronę fal krótszych, odpowiadające odłączeniu NADPH od kompleksu Chlid:LPOR. Na podstawie wyników zaproponowano możliwy model przemian zachodzących w miarę rozpadu PLB przedstawiający kolejne etapy reakcji przez różne formy kompleksów Chlidu.

Chlorophyll (Chl), a pigment essential for photosynthesis, in etiolated angiosperm plants is synthesized in a light-regulated pathway. The key step in this process is reduction of protochlorophyllide (Pchlide) to chlorophyllide (Chlide), which is catalysed by light-dependent reductase (LPOR). In the dark Pchlide, in complex with LPOR, is accumulated in characteristic etioplast structures called the prolamellar bodies (PLBs). This work aimed to characterise the distinct phases of PLB degradation etiolated wheat seedlings using Chlide fluorescence spectra. Fluorescence spectra were collected using cryostat and spectrofluorometer to analyse the occurring changes relating to temperature and illumination time. Data was analysed using original Python scripts by fitting two Gaussian functions to each spectrum to determine their parameters of emission maxima and amplitude. The results showed that the reduction of Pchlide occurs in stages and the fluorescence emission maxima of each band can be assigned to different Chlide complexes. The Shibata shift towards the shorter wavelengths was also observed, corresponding to the dissociation of NADPH from the Chlide:LPOR complexes. Based on these results, a possible model of PLB disintegration was proposed, showing subsequent reaction steps by varying forms of Chlide complexes.