3.3. การปรับปรุงพันธุ์เพื่อลดสภาวะ photorespiration

 

ความเข้มข้นของปริมาณ CO2 ในบรรยากาศที่มีเพิ่มขึ้นจากประมาณ 270 µL L-1 ในช่วงก่อนการเกิดอุตสาหกรรม ไปเป็นมากกว่า 380 µL L-1 ในปัจจุบัน และยังขึ้นอยู่กับกิจกรรมของมนุษย์ซึ่งสามารถทำให้ปริมาณ CO2 เพิ่มขึ้นได้ถึง 530-970 µL L-1 ในสิ้นศตวรรษนี้ ในขณะที่ความเข้มข้นของปริมาณ O2 ในบรรยากาศลดลงอย่างน่าวิตก โดยเฉลี่ยของปริมาณ O2 ที่ลดลง 1.4 µL L-1 ต่อ µL L-1 CO2 เนื่องจากมีการเผาไหม้จากการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงในสัดส่วนที่สูงจึงทำให้ปริมาณ CO2 ที่ถูกปลดปล่อยออกมามากกว่าที่ปริมาณ O2 ในบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม ระดับของปริมาณ O2 ในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 209 µL L-1และการเปลี่ยนความเข้มข้นของปริมาณ O2 เกิดขึ้นในสัดส่วนที่น้อยกว่าปริมาณ CO2 นอกจากนี้อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกได้สูงขึ้น 0.76 °C จากเมื่อ 150 ปีก่อนและมีแนวโน้มที่จะเพิ่มสูงขึ้นอยู่ในช่วงระหว่าง 1.7-3.9 °C ในศตวรรษนี้ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของก๊าซและอุณหภูมิของบรรยากาศโลกจึงมีผลโดยตรงต่อความสมดุลระหว่างการตรึงคาร์บอน และลดกระบวนการเกิด photorespiration โดยตรงซึ่งจะส่งผลดีในพืช C3 ในพืช C4 ซึ่งมี metabolism สำหรับปรับตัวเมื่อมีการเพิ่มขึ้นของปริมาณ CO2 ดีอยู่แล้ว ซึ่งผลลัพธ์ของการเพิ่มขึ้นของปริมาณ CO2 ในบรรยากาศจึงมีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตน้อยกว่าพืช C3 ได้มีการให้ความเห็นไว้ว่า การเพิ่มขึ้นของปริมาณ CO2 นี้จะเปลี่ยนแปลงการกระจายตัวทางภูมิศาสตร์ของพืช C3 และ C4 เนื่องจากเกิดผลกระทบของความแตกต่างของแต่ละกลไกของการตรึงคาร์บอน การเพิ่มขึ้นของปริมาณ CO2 ในบรรยากาศในอนาคตถูกคาดคะเนว่าจะเป็นประโยชน์ที่ดีต่อพืช C4 ในการสังเคราะห์แสงมากกว่าในพืช C3 แต่ยังคงมีความไม่แน่นอนที่จะต้องพิจารณาถึงปริมาณปริมาณ CO2 ที่สูงในบรรยากาศนั้นที่มีผลต่อการแข่งขันกันของพืช C3 และ C4 หรือไม่ ส่วนอุณหภูมิที่สูงขึ้นนั้นจะเป็นผลดีต่อการสังเคราะห์แสงของพืช C4 อีกด้วย นอกจากนี้ศักยภาพของข้อจำกัดของไนโตรเจนในสภาพแวดล้อมยังไม่เป็นปัญหาสำหรับพืช C4 เช่น อ้อย และพืช Miscanthus gigantus ซึ่งถูกพิจารณาให้ใช้เป็นพืชพลังงาน โดยพืชเหล่านี้อาจจะเกิด house endogenous N-fixing symbiont (แบบพึ่งพาอาศัยกัน) ซึ่งจะทำให้มีผลกระทบต่อไนโตรเจนในดินไม่มากนัก

 

การปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมต่อปริมาณ CO2-dependent ที่เพิ่มขึ้นนั้น การสังเคราะห์แสงอาจจะมีประสิทธิภาพที่ลดลงในบางกรณีของพืช C4 เมื่อวัฏจักรคัลวินมีกิจกรรมภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีปริมาณ CO2 ที่สูง จากการตรวจเอกสาร พบว่า พืช C4 แต่ละชนิด เช่น Amaranthus retroflexus, ข้าวโพด, ข้าวฟ่าง และ Paspalum dilatatum สามารถได้ประโยชน์จากการเพิ่มขึ้นของปริมาณ CO2 ในบรรยากาศและทำให้มีอัตราการสังเคราะห์แสงและการสะสมคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นด้วย อย่างไรก็ตาม ระดับของการตอบสนองต่อการสังเคราะห์แสงต่อปริมาณ CO2 ที่สูงนั้นจะมีความผันแปรระหว่างชนิดพืชและสภาพแวดล้อม นอกจากนี้พืช C4 จะแสดงโครงสร้างของใบที่เปลี่ยนไปเมื่อพืชนั้นเจริญเติบโตในสภาพที่มีปริมาณ CO2 สูง การเปลี่ยนแปลงนี้เกี่ยวข้องกับการลดลงของโปรตีนในใบและในคลอโรฟิลด์ ซึ่งเป็นผลทำให้ความเหนียวของเซลล์BS และความหนาแน่นและแบบแผนของปากใบ (stomatal )เปลี่ยนไป ยกตัวอย่างเช่น stomatal index (ได้แก่ สัดส่วนของเซลล์ epidermal ที่อยู่ใน stomata) เพิ่มขึ้นในการตอบสนองต่อปริมาณ CO2 ในพืชใบเลี้ยงเดี่ยวที่เป็น C4 สองชนิด ได้แก่ ข้าวโพดและ P. dilatatum ผลของโครงสร้างใบที่เปลี่ยนแปลงนี้ไม่สามารถอธิบายความสัมพันธ์กับการสังเคราะห์แสงได้ดังเช่นในพืช C4 เมื่อการสะสมของอัตรา CO2 ยังไม่เปลี่ยนแปลงมาก

 

CO2-signaling pathway มีอิทธิพลต่อโครงสร้างใบและส่วนประกอบภายในใบที่ยังมีการศึกษากันน้อยมาก แต่ CO2 signal เป็นกลไกที่เคลื่อนย้ายจากใบแก่ไปยังใบที่กำลังพัฒนา CO2-signaling pathway เป็นกระบวนการสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายในใบและองค์ประกอบที่อาจจะสัมพันธ์ต่อการเปลี่ยนแปลงของอัตราของการเกิด photorespiration เหมือนกับการสังเคราะห์แสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพืช C4 ที่อยู่ภายใต้สภาพที่มีปริมาณ CO2 ที่เข้มข้นและการดำเนินการของ photorespiration ที่ประมาณ 2-5% ต่อ CO2 fixation สุทธิ ปัจจัยที่มีผลกับกิจกรรมของ CAT oxidation load ในรูปแบบของการผลิต H2O2 ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แสงและการเกิด photorespiration จะลดลงในเนื้อเยื่อที่มีการสังเคราะห์แสง เมื่อ CO2 availability เพิ่มขึ้น ถึงแม้ว่าการเกิด photorespiration จะเป็นแหล่ง metabolic ที่สำคัญสำหรับการสร้าง H2O2 ซึ่งในใบของพืช C4 จะมีปริมาณน้อยกว่าในพืช C3 แต่อาจจะถูกยับยั้งได้ในพืชที่เติบโตในสภาพที่มี CO2 สูง นอกจากนี้ ความเหนียวที่ลดลงของBSในสภาพ CO2 สูง อาจจะเป็นทางเลือกหนึ่งที่ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนก๊าซและมีผลต่อ flux ของ metabolite ของกระบวนการ photorespiration เนื่องจากว่า H2O2 เป็น signaling molecule ที่มีประสิทธิภาพสูงจึงที่มีหน้าที่ต่อการเจริญเติบโต และมีความเป็นไปได้ว่า การผลิต altered flux photorespiration H2O2 และ destruction จะมีส่วนร่วมใน signaling network ซึ่งจัดการการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมของการเจริญเติบโตของพืช C3 และพืช C4 ในสภาพ CO2 สูง

ต้นกลายพันธุ์ที่ใช้ศึกษา photorespiration (Photorespiration mutants)

การคัดแยกต้นกลายพันธุ์ที่มีผลต่อกระบวนการ photorespiration จะทำให้ทราบถึงการแสดงออกของ phenotype ของพืชที่จะเจริญเติบโตอยู่ได้ในสภาพอากาศปัจจุบันที่มีปริมาณ O2 อยู่ประมาณ 21% และมี CO2 อยู่ประมาณ 385 µL ซึ่งจะสามารถเจริญเติบโตได้ในสภาพที่ไม่มีการเกิด photorespiration ด้วย เช่น ในบรรยากาศที่จะมีปริมาณ CO2 สูงขึ้นในอนาคต การเข้าถึง phenotype ที่ทำให้ได้ลักษณะดังกล่าวได้ประสบความสำเร็จในพืช C3 บางชนิด โดยที่ชัดเจนที่สุดคือ Arabidopsis และ ข้าวบาร์เลย์ ซึ่งได้มีการจำแนกต้นกลายพันธุ์ไว้เป็นจำนวนมาก แต่ความสำเร็จอย่างสมบูรณ์แบบนั้นยังไม่มีรายงานในพืชชนิดใดเลย ตัวอย่างเช่น ยังไม่มีรายงาน พืชกลายพันธุ์ต่อ glycolate oxidase (GO) ที่เกี่ยวข้องกับลักษณะ phenotype ของการเกิด photorespiration เลยในพืช C3 อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสนใจยิ่งว่า phenotype ของการเกิด photorespiration ได้ถูกรายงานไว้ในข้าวโพดกลายพันธุ์แบบ homozygous ที่มีการหยุดการทำงานของอัลลีล GO1 โดยวิธี transposon

 

การจำแนกเอนไซม์ที่มีผลกระทบต่อการแบ่งกลุ่มกลายพันธุ์ของกระบวนการ photorespiration มีความจำเป็นเพื่อที่จะสามารถเปรียบเทียบการเกิด flux และ metabolite กับต้นดั้งเดิม (wild type) ได้ แต่ในหลาย ๆ กรณีได้ให้ความสำคัญกับผลกระทบที่เกิดขึ้นจริงกับยีนที่ศึกษา ตัวอย่างเช่น ต้นกลายพันธุ์ของ Arabidopsis ที่มีการสะสม glycine อย่างมากหลังจากการเคลื่อนย้ายต้นดังกล่าวจากบริเวณที่มีปริมาณ CO2 ที่สูงไปสู่อากาศปกติ ซึ่งอาจจะไม่มีผลกระทบต่อ glycine decarboxylase (GDC) ทั้งสี่subunits ส่วนการ knockout ยีนในยาสูบ จะช่วยในการอธิบายและยืนยันการทำงานของยีนที่ศึกษาได้ ตัวอย่างเช่น การเจริญเติบโตของยาสูบในสภาพที่มีปริมาณ CO2 สูงด้วยสายพันธุ์ยาสูบ antisense ของ GO, Ferredoxin-glutamate synthease (Fd-GAGAT) หรือ dicarboxylate transporter (DIT)

การศึกษาการผลิต chloroplastic glycolate และ การเปลี่ยนกลับไปเป็น glycine ใน peroxisome

ในขั้นตอนแรกที่ 2-PG ถูก dephosphorylated ใน chloroplast ผ่าน 2-phosphoglycolate phosphatase (PGLP) และ glycolate จะถูกผลิตขึ้นและส่งผ่านไปยัง peroxisomes สำหรับกระบวนการ metabolization ในขั้นต่อไป (ภาพที่ 1)  จากการศึกษาใน Arabidopsis พบยีน 2 ยีน ที่แปลรหัสให้ PGLPs ทำงาน แต่เฉพาะยีน PGLP1 (At5g36700) เท่านั้นที่มีส่วนร่วมในกระบวนการ photorespiration การศึกษาต้นกลายพันธุ์ของยีนดังกล่าว พบว่า มีกิจกรรมของ PGLP ต่ำมากในใบ และไม่สามารถอยู่รอดได้ในสภาวะอากาศปกติ แต่จะสามารถเจริญเติบโตได้ดีในสภาพที่มีปริมาณ CO2 ที่สูง และมี photorespiration ที่ต่ำ

 

ใน peroxisomes  glycolate oxidase (GO) จะเร่งปฏิกริยา oxidation ของ glycolate ในจำนวนโมลาร์ที่เท่ากันกับ glyoxylate และ H2O2 Catalase (CAT) จะเปลี่ยน H2O2 และ glutamate:glyoxylate aminotransferase (GGAT) เปลี่ยนรูป glyoxylate ไปเป็น glycine ซึ่งจะส่งผ่านไปยัง mitochondria (ภาพที่ 1)  โดยการยับยั้ง GO ในข้าว พบว่าจะทำให้ต้นข้าวตายในสภาพที่มี CO2 สูง นอกจากนี้ ยังพบว่า GO มีหน้าที่สำคัญในการควบคุมการสังเคราะห์แสง ซึ่งมีความเป็นไปได้ในการยับยั้งปฏิกิริยาย้อนกลับ (feedback) ของเอนไซม์ RubisCO activase

การศึกษาการเปลี่ยน glycine ไปเป็น serine ใน mitochondrial

ใน mitochondria  glycine จะถูกขจัดเอาส่วนที่เป็น carboxyl  (decarboxylated) และ กลุ่มอะมิโน (deaminated) ออกไป โดยใช้ glycine decarboxylase complex (GDC) ทำให้ได้ CO2, NH4+ NADH และ 5,10-methylene tetrahydrofolate  หลังจากนั้น serine hydroxymethyl transferase (SHMT) จะนำไปใช้เพื่อการสังเคราะห์ serine โดยการส่งผ่าน activated C1 unit บนโมเลกุลอื่นของ glycine (ภาพที่ 1 ด้านบน)

 

GDC เป็น hetero-tetramer ประกอบด้วยโปรตีน P, L, H และ T ใน Arabidopsis พบสองยีนที่เกี่ยวข้องกับโปรตีน P (At4g33010 และ At2g26080) และโปรตีน L (At3g17240 และ At1g48030) และพบ 3 ยีน ที่เกี่ยวข้องกับโปรตีน H (At2g35370, At2g35120 และ At1g32470) และ 1 ยีนสำหรับโปรตีน T (At1g11860) อย่างไรก็ตาม ยังมีการศึกษายีนเหล่านี้ จาก T-DNA-tagged mutant อยู่อย่างจำกัด  การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ แสดงให้เห็นว่า การ knockout ทีละยีนที่เกี่ยวข้องกับโปรตีน P พืชกลายพันธุ์จะมีการเจริญเติบโตที่ปกติ ในทางตรงข้าม การ knockout 2 ยีนพร้อมกัน จะทำให้ต้นพืชตายในสภาพที่ไม่มีการเกิด photorespiration จึงมีสมมุติฐานว่า การเกิด GDC ไม่สามารถจะทำการ bypass ได้  ดังนั้น GDC จึงน่าจะมีความจำเป็นอย่างยิ่งอย่างน้อยสำหรับ 1 คาร์บอนเมตาบอลิซึม (ภาพที่ 7) โดยการรีไซเคิล glycine ที่เป็นตัวตั้งต้นจาก extramitochondrial SHMT  ซึ่งในต้น Arabidopsis พบยีน At4g37930 ที่เกี่ยวข้องการ photorespiration SHMT1 ซึ่งต้นกลายพันธุ์ของยีนดังกล่าวจะตายในสภาวะที่มี ambient CO2 แต่จะเจริญเติบโตได้ปกติในสภาพวะที่มี CO2 สูง

ในส่วนของปฏิกิริยา GDC นั้น 1 ใน 4 ของพันธะคาร์บอนจะสูญเสียไปเป็น CO2 และจะปลดปล่อย NH4+ ในจำนวนโมลาร์ที่เท่ากัน ซึ่งจำเป็นต่อการ re-assimilation ผ่านวัฏจักรของ glutamine synthetase (GS)/ferredoxin-dependent glutamate:oxoglutarate amino transferase (Fd-GOGAT) ในประเด็นดังกล่าวของ nitrogen re-assimilation pathway ได้ถูกยืนยันผลโดยการศึกษาต้นกลายพันธุ์ของ Fg-GOGAT (At5g04140) ซึ่งแสดง  typical photorespiratory phenotype

การปรับปรุง photorespiration และ การเจริญเติบโตของพืช

ในทางทฤษฎี การลดการเกิด photorespiration น่าจะเพิ่มการอัตราตรึง CO2 เพื่อทำให้พืชมีการเจริญเติบโตที่ดี อย่างไรก็ตาม จากการวิจารณ์งานวิจัยที่ได้กล่าวมาข้างต้นนั้น การขัดขวางการเกิด photorespiration ในพืชกลายพันธุ์จะทำให้การเจริญเติบโตลดลงหรือตายได้  ดังนั้น ทางเลือกอีกทางหนึ่งคือ ทฤษฎี bypass โดยการหลีกเลี่ยงการสร้าง phosphoglycolate บางประเภทโดย RubisCO ในเส้นทางที่เลือกได้  Kebeish et al. อธิบายการใส่ bacteria glycolate oxidation pathway เข้าไปใน chloroplast ของต้น Arabidopsis ซึ่งจะเปลี่ยน glycolate ใน 3 ขั้นตอน ไปเป็น glycerate และจะทำให้เกิดการ bypass ไม่ให้เกิด photorespiration ได้  เส้นทางนี้ประกอบด้วย การปลดปล่อย CO2 ที่คล้ายกับขั้นตอนของ C2 pathway แต่ผู้เขียนได้ตั้งสมมุติฐานว่า การเปลี่ยนแปลงการปลดปล่อย CO2 จาก mitochondrium ไปเป็น chloroplast จะมีความเข้มข้นของ CO2 เพิ่มขึ้นรอบ ๆ RubisCO และมีผลทำให้กิจกรรมของ RubisCO oxygenase ลดลงใน in vivo นอกจากนี้ พลังงานและ reducing equivalents อาจจะรักษาไว้ได้ในการ bypass  แต่มันจะไม่รวมถึงการปลดปล่อยและการตรึงใหม่ (refixation) ของแอมโมเนีย  นอกจากนี้พลังงานจาก glycolate oxidation จะถูกเก็บไว้ใน reducing equivalents และไม่เผาผลาญโดยการสร้าง H2O2 ด้วยเหตุนี้ พืชที่ดัดแปลงพันธุกรรม (transgenic lines) จะสามารถเพิ่มน้ำหนักรวมในส่วนของยอดและรากได้  อย่างไรก็ตามยังคงที่จะต้องมีการวิเคราะห์ถึงเรื่องผลประโยชน์ที่จะได้รับตามทฤษฎีของการ bypass ของความเป็นไปได้ของการเพิ่มการเจริญเติบโต  เงื่อนงำของคำถามดังกล่าวบางทีอาจจะได้มาจากทางเลือกของ glycolate ที่มีการ oxidize ที่สมบูรณ์จนได้ CO2 ใน chloroplast ซึ่งใช้เพียง 2 enzymatic steps (H Fahnenstich, PhD thesis, University of Cologne, 2008)  การที่จะประสบความสำเร็จจะต้องมีทั้ง การได้ความเข้มข้นของปริมาณ CO2 ที่สูงใน chloroplast และการป้องกันการปลดปล่อยแอมโมเนียที่ได้จากการ bypass กระบวนการ photorespiration เพราะว่า จะมีผลกระทบทางบวกต่อการเจริญเติบโต  สิ่งที่น่าสนใจยิ่ง คือ การสังเคราะห์ทางอ้อมทั้งคู่นั้นจาก photorespiration จะทำให้นึกถึงเส้นทางที่สองของการเกิด photorespiration ซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติใน Synechocysis มันเป็นสิ่งที่น่าสนใจยิ่งเพื่อที่จะทำความเข้าใจว่า ทำไมเส้นทางนี้จึงได้หายไปในพืชชั้นสูง ดังนั้นถ้าการสังเคราะห์แสงโดยวิธี re-engineering ประสบความสำเร็จในการทำให้ความสามารถในการสังเคราะห์แสงในต้น Arabidosis ดีขึ้น  เหตุผลหนึ่งอาจจะเป็นเพราะวิวัฒนาการของใบที่มีลักษณะเฉพาะ (specific leaf architechtures) ในแต่ละสปีชีส์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ข้าวจะมีการปรับตัวต่อ maximize the scavenging ของ photorespired CO2 และต่อการเพิ่มขึ้นของ diffusive conductance ของ CO2 ดังนั้นจึงพิจารณาได้ว่า โครงสร้างที่เห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ (ultrastructure) น่าจะมีประโยชน์ไม่มากจาก glycolate oxidation ใน chloroplast ของข้าว

กระบวนการเสริมสำหรับ photorespiration (Accessory Pathways)

การจำแนกกระบวนการเสริมจะช่วยเพิ่มเติมข้อมูลดการศึกษากระบวนการ photorespiration ให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ได้แก่ การศึกษาเส้นทาง metabolite ของ photorespiration พบว่าจะไม่สมบูรณ์ ณ ที่จุดที่ดีที่สุด เนื่องจาก Arabidopsis GS2 เป็นเป้าหมายต่อ chloroplast และ mitochondria   ซึ่งกระบวนการทางเลือกของmitochondria ของ ammonia reassimilation ได้มีการเสนอแนะว่าสามารถเกิด chloroplastic GS/GOGAT pathway ได้อย่างสมบูรณ์ เช่นเดียวกับ dual peroxisomal/cytosolic location ของ hydroxypyruvate reduction Pathway นอกจากนี้กระบวนการเสริมยังคงพบใน metabolism ของ glycolate และ glyoxylate  โดย metabolite ของ glycolate ที่พบใน cyanobacteria จะมีกิจกรรมผ่านทาง dehydrogenase (GLYDH) มากกว่าทาง GO และกิจกรรมดังกล่าวได้ถูกพบในทั้งสาหร่ายและพืชที่มีคลอโรพลาสต์  ส่วนสาหร่ายที่เป็น unicellular ที่ขาด peroxysomes จะมี mitochondrial GLYDH  ในการศึกษาพันธุ์กลายของ Chlamydomonas ที่ขาด GLYDH จะมีต้องการปริมาณ CO2 ที่มากขึ้นสำหรับการเจริญเติบโต

 

 งานวิจัยที่แสดงให้เห็นว่า เส้นทางเลือกของการเกิด glycolate oxidation ไม่ได้ถูกจำกัดอยู่เฉพาะในแบคทีเรียและสาหร่ายเท่านั้น  โดยพบว่า ยีนของ Arabidopsis ที่แปลรหัสต่อ mitochondrial GLYDH ได้ถูกรายงานการศึกษา และยีน homologous ยังถูกพบในข้าวด้วย  ต้นกลายพันธุ์ของ Arabidopsis ที่ยับยั้งการทำงานของยีนดังกล่าวนี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลง phenotype ของกระบวนการ photorespiration แต่ได้มีการศึกษาในหลาย ๆ งานวิจัยที่พบว่า มีเอนไซม์ที่ให้ความช่วยเหลือ metabolism ของ photorespiratory glycolate  โดยรูปแบบการแสดงออกของยีนนี้ได้ถูกจัดไว้อยู่ในกลุ่มที่ 2 (ภาพที่ 8 ดูที่ด้านบน)  การเริ่มต้นการทำงานของเอนไซม์นี้ระหว่างการเกิด photorespiration จะสามารถคาดคะเนการเพิ่มขึ้นของความต้องการต่อ mitochondrial respiratory electron transport (RET) ผ่านความสามารถของเอนไซม์ที่มีในปริมาณไม่มากเมื่อเปรียบเทียบกับ GDC  Glyoxylate อื่น ๆ ที่ผลิตขึ้นใน mitochondria และน่าที่จะเปลี่ยนกลับไปเป็น glycine จำนวน 1 ใน 3 ของ annotated alanine-dependent amino transferase  โดยสรุปแล้วต้นกลายพันธุ์ที่ยับยั้งเอนไซม์เหล่านี้จะไม่ได้ทำให้ phenotype ของการเกิด photorespiration เปลี่ยน และยีน AGT3 ยังไม่ได้มีการแสดงออกที่สูงในเนื้อเยื่อที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แสงอีกด้วย (ภาพที่ 8 ดูที่ด้านบน)

 

ความสัมพันธ์ของ GO และ GLYDH ต่อการเกิด photorespiratory glycolate oxidation ยังไม่สามารถอธิบายได้อย่างชัดเจน ส่วนการศึกษา  phenotype ของการเกิด photorespiration ในยีนกลายพันธุ์ cat2 พบว่า มีกิจกรรมของ catalase (CAT) น้อยกว่า 20% เมื่อเทียบกับต้น wild type ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่า  H2O2 จำนวนหนึ่งหรือมากกว่าที่ใช้สร้าง GO จะมีความสำคัญต่อการเกิด metabolism ของการเกิด photorespiration  นอกจากนี้การศึกษา phenotype ของยีน cat2 เกี่ยวข้องกับการรบกวนสถานะของ cell redox นั้นได้ถูกกล่าวไว้แล้วในการศึกษาต้นกลายพันธุ์ของทั้งข้าวบาร์เลย์และยาสูบ  การล้มเหลวของการค้นพบต้นกลายพันธุ์ของ GO ต่อการคัดเลือก photorespiration ใน Arabidopsis และข้าวบาร์เลย์นั้นอาจจะสะท้อนให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของยีนที่มากเกินความจำเป็นของยีนสองชนิดหรือมากกว่าที่เกี่ยวข้องกับ GO  นอกจากนี้ยังพบการทำงานที่ทับซ้อนกันของ mitochondrial GLYDH อีกด้วย

 

Glyoxylate เป็นตัวยับยั้งเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเกิด photorespiration เช่น RubisCO  ดังนั้นจึงได้การจำแนกยีนใน Arabidopsis จำนวน 2 ยีนที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ aldehyde reductases ซึ่งเกี่ยวข้องกับ glyoxylate ใน micromolar range โดยได้สนับสนุนหลักฐานการศึกษาทางชีวเคมีที่รายงานมานานแล้วว่า glyoxylate reductase (GLYR) ทำหน้าที่ reduce บางส่วนของ glyoxylate ไปเป็น glycolate   ซึ่งเหมือนกับยีน GLYDH และ CAT2 โดยทั้งยีน GLYR2 (chloroplast)  และ GLYR1 (cytosolic) จะถูกพบในยีนกลุ่มที่ 2 ซึ่งแสดงไว้ในภาพที่ 8

 

Share