Identifizierung und Analyse von Genen für den Tetrapyrrolstoffwechsel und die plastidären durch reaktive Sauerstoffspezies vermittelten Signalwege in Chlamydomonas reinhardtii


Der Tetrapyrrolbiosynthese (TBS)-Weg ist streng auf der transkriptionalen und posttranlationalen Ebene reguliert. Aufgrund der Gefahr des durch akkumulierende Tetapyrrole-erzeugten photooxidativen Stresses sind viele Proteine für den abgestimmten Metabolitfluss in der TBS erforderlich. In der vorherigen Antragsperiode wurden zahlreiche Pigment- und Singulett Sauerstoff (1O2)-Signalweg-Mutanten mit modifizierter Lichtempfindlichkeit, reduzierter Photosyntheseleistung, unterbrochener TBS im Dunkeln wie auch im Licht sowie auch einem deregulierten Tetrapyrrol-induzierten Chloroplasten-Kern-Signalweg erzeugt worden. Ebenso begannen wir mit biochemischen und genetischen Analysen ausgewählter Mutanten. Für unsere Studien verwenden wir die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii, ein Modellorganismus für die genetischen und biochemischen Untersuchungen, deren Erkenntnisse erwartungsgemäß auch in Pflanzen und Tieren Verwendung finden. Es gib zwei wesentliche Gründe, C. reinhardtii für unsere Studien einzusetzen. 1. Dieser photosynthesebetreibende Organismus wächst im Dunkeln und im Licht heterotroph, wenn eine Kohlenstoffquelle angeboten wird. Damit stehen wachsende Algenkulturen für Mutationen der TBS und der Photosynthese zur Verfügung. 2. Im Gegensatz zu Pflanzen synthetisieren Grünalgen Chlorophyll auch im Dunkeln, sodass Dunkelanzuchten von photosensitiven Mutanten untersucht werden können.
Ziel des Fortsetzungsantrags ist die Charakterisierung der regulatorischen Funktion bereits vorherig identifizierter Mutantengene für (i) die TBS und (ii) die 1O2-Signaltransduktion. Wir beabsichtigen die Funktionsaufklärung der TBS-Mutanten und planen die Analyse von weiteren Mutanten mit vielversprechendem Phänotyp, wenn sich deren Mutantengen identifizieren lässt und ein Mutantenkomplementation erfolgreich ist. Ebenso ist beabsichtigt, die Funktion der identifizierten Mutantengene der 1O2-Signalwahrnehmung im retrograden Signalweg in einem Chlorophyll-freien Mutantenhintergrund aufzuklären und mit dem plastidären Signalweg zu korrelieren.
Unsere Studien mittels „forward“ und „reverse genetics“ sind mit zahlreichen unbekannten Kontrollmechanismen der TBS und im retrograden Signalweg begründet. Es werden noch weitere Informationen über diverse Kontrollen sowohl der im Licht als auch im Dunkeln stattfindenden TBS und des stabilen Metabolitflusses mit geringen steady-state Gehalten photoreaktiver TBS Intermediate erwartet. Ebenso rechnen wir mit dem Nachweis neuer Gene, die Rollen in der Entgiftung und dem Signalweg des 1O2 spielen, der durch Anreicherung von Tetrapyrrolen oder in den Photosystemen I und entstehen kann. Unsere Arbeitshypothese für die Studien des Signalweges ist, dass nicht die Tetrapyrrole, sondern eher protektive Enzyme oder 1O2-bindende Proteine eine Funktion im retrograden plastidären Signalweg einnehmen, deren Gene durch die Analyse der vorgeschlagenen „Second-Site“-Mutanten gefunden werden können.

Projektleitung
Grimm, Bernhard Prof. Dr. rer. nat. Prof. Dr. (Details) (Pflanzenphysiologie)

Laufzeit
Projektstart: 07/2019
Projektende: 07/2021

Forschungsbereiche
Pflanzenphysiologie

Forschungsfelder
Pflanzliche Molekularbiologie

Zuletzt aktualisiert 2021-04-01 um 17:50