Effects of thermal stress on the photoinactivation and repair of photosystem II in a xanthophyll cycledeficient green alga

Abstract

Photosynthesis and primary productivity are very temperature-dependent. Extremely high or low temperatures affect the enzymatic mechanisms of photoprotection (xanthophyll cycle) and exacerbate the photo-imaging effects of high light on photosystem II (PSII). A recently proposed hypothesis states that abiotic stress, including mild cold and heat, enhances photoinhibition of photosynthesis not by directly damaging the PSII, but by inhibiting repair mechanisms. This work intends to test this hypothesis in an as yet unexplored group of green algae (Bryopsidales) without a xanthophyll functional cycle. In order to test this hypothesis, we used the measurement of chlorophyll fluorescence, under light and thermal stress, and subsequent quantification of D1 protein, using the Western blot technique. Our findings showed that for this group of algae, the aforementioned hypothesis is not applicable, as the abiotic stresses affected not only repair mechanisms but also exacerbated photoinhibition. Consequently, the group of green algae (Bryopsidales) showed great potential for future studies in the scope of the investigation regarding repair mechanisms of photosystem II.

A fotossíntese e a produtividade primária dependem profundamente da temperatura. Temperaturas extremamente altas ou baixas afetam os mecanismos enzimáticos de fotoproteção (ciclo das xantofilas) e exacerbam os danos provocados pela irradiação elevada no fotossistema II (PSII). Uma hipótese recentemente proposta afirma que o stress abiótico, incluindo frio e calor moderado, aumenta a fotoinibição da fotossíntese não por efeitos diretos no PSII, mas sim pela inibição dos mecanismos de reparação. Este trabalho pretende testar essa hipótese num grupo ainda inexplorado de algas verdes (Bryopsidales) que não possuem um ciclo das xantofilas funcional. Para testar esta hipótese, recorremos a medições da fluorescência da clorofila a, sob stress luminoso e térmico, e posterior quantificação da proteína D1, através da técnica do Western blot. Os nossos resultados mostraram que, para este grupo de algas, a hipótese acima mencionada, não é aplicável, pois os stresses abióticos afetaram não apenas os mecanismos de reparo, mas também exacerbaram a fotoinibição. Consequentemente, o grupo de algas verdes (Bryopsidales) apresentou um grande potencial para futuros estudos no âmbito da investigação dos mecanismos de reparação do fotossistema II.