Studien zur photosynthetischen Membran

Nach ihrer Rückkehr nach Neuseeland wurde sie zur leitenden Wissenschaftslehrerin am Wellington Girls College ernannt. Von dort zog sie nach Australien, um von 1961 bis 1981 für die australische Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) in der Abteilung für Pflanzenindustrie in Canberra zu arbeiten. 1982 wurde sie dort zum Chief Research Scientist ernannt, eine Position, die sie bis zu ihrer Pensionierung 1996 innehatte.

Der Schwerpunkt ihrer Forschung dort lag auf den photosynthetischen Membranen höherer pflanzlicher Chloroplasten, die die Lichtreaktionen der Photosynthese durchführen. Sie arbeitete bei CSIRO im Labor mit Keith Boardman zusammen. 1961 hatten der britische Biochemiker Robin Hill und die Biochemikerin Faye Bendall aus Cambridge die Hypothese entwickelt, dass zwei Lichtreaktionen statt einer erforderlich sind, um Wasser zu spalten und Sonnenenergie in stabilen chemischen Formen bei der Photosynthese einzufangen. Sie schlugen zwei in Reihe wirkende Photosysteme vor, wobei (Foto-)System II möglicherweise an der Spaltung von Wasser unter Freisetzung von Sauerstoff beteiligt ist, während (Foto-)System I die Reduktionskraft für CO 2 Fixierung bereitstellt. Hill und Bendall schlugen außerdem vor, dass diese beiden Photosysteme durch zwei Cytochrome verbunden seien, ähnlich denen, die in der respiratorischen Elektronentransferkette in der besser verstandenen Mitochondrienmembran zu finden seien.

Boardman und Anderson versuchten, diese Hypothese zu testen, indem sie zwei Strategien anwendeten, um zu versuchen, die beiden mutmaßlichen Photosysteme zu trennen. Die erste Strategie, eine biologische Trennung, bestand darin herauszufinden, ob dunkel gewachsene, etiolierte Blätter ohne Chlorophyllpigmente nach der Lichteinwirkung allmählich die Photosynthese einleiten würden, wobei ein Photosystem vor dem anderen erscheint. Die zweite Strategie war weitaus erfolgreicher. Unter Verwendung von hydroponisch angebautem Spinat, der erfolgreich in Photosyntheselabors in den USA und Großbritannien eingesetzt wurde, wurden aktive Chloroplastenmembranen hergestellt. Dann wurde das Detergens Digitonin verwendet, um diese in Submembranfraktionen zu fragmentieren, die mittels Differentialzentrifugation getrennt wurden. Boardman und Anderson spekulierten, dass diese mit verschiedenen Komponenten des photosynthetischen Elektronentransfersystems angereichert würden. In einer 1964 in Nature veröffentlichten Arbeit zeigten sie, dass das Verhältnis von Chlorophyll a zu Chlorophyll b in ihren getrennten Fraktionen unterschiedlich war.

In der später veröffentlichten Arbeit Fractionation of the photochemical systems of photosynthesis. I. Chlorophyll contents and photochemical activities of particles isolated from spinach chloroplasts wurde die Trennung einer kleinen Submembranfraktion mit hauptsächlich Photosystem I (PSI)-Funktion von einer dichteren wasserspaltenden Photosystem II (PSII)-Fraktion durch Differentialzentrifugation demonstriert. Diese teilweise physikalische Trennung zeigte zum ersten Mal, dass es tatsächlich zwei physikalisch unterschiedliche Photosysteme gab. Es wurde auch eine Schlussfolgerung gezogen, die großen Einfluss auf die Entwicklung der Photosyntheseforschung hatte: Möglicherweise befanden sich diese beiden Photosysteme in unterschiedlichen Teilen des komplizierten Membransystems. Sie spekulierten, dass PSII in den gestapelten Grana-Membrandomänen konzentriert sei, während das PSI eher peripher sei.

Sie und Boardman fanden ein drittes Cytochrom, einen anderen b -Typ (später Cytochrom b 559 genannt), das fest an PSII gebunden und eindeutig ein integraler Bestandteil dieses Fotosystems war. Später untersuchte Anderson die lichtinduzierte Oxidation von Cytochrom b 559 und versuchte, seine Funktion bei PSII zu verstehen.

Diese Forschungen führten dazu, dass Anderson 1966 als erste Australierin ein Stipendium der Carnegie Institution für die Abteilung für Pflanzenbiologie auf dem Campus der Stanford University erhielt.

Sie erhielt weitere Auszeichnungen für ihre Forschung in den USA und Europa und erweiterte ihre Fähigkeiten in der Isolierung und Funktionsanalyse von Chlorophyll-haltigen Komponenten des Photosyntheseapparats. Von 1973 bis 1974 forschte sie in Cambridge.

Anderson wechselte im Mai 1996 zur Photobioenergetics Group von Barry Osmond an der Australian National University (ANU). Als außerordentliche Professorin an der ANU forschte sie dort bis zu ihrem Tod im Jahr 2015.

Zu ihren Forschungsinteressen gehörten die molekulare Organisation von Thyakoidmembranen, die molekularen Mechanismen der Lichtregulierung in höheren Pflanzen und die strukturelle und funktionale Dynamik des Photosystems II.

Sie starb im August 2015 im Alter von 83 Jahren in Australien.

Finanziert durch eine Schenkung von Joan Mary Anderson an die Universität verleiht die University of Otago seit 2017 den Joan Mary Anderson Award für Pflanzenbiochemie.