Funktionelle Charakterisierung stressabhängiger Fibrillin-Proteine in der Thyalkoidmembran pflanzlicher Chloroplasten

• Antragsteller: Dr. Jens Lohscheider
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255684873

In diesem Projekt sollen die biochemische und die physiologische Funktion von zwei Proteinen der plastoglobuliassoziierten Fibrillin (FBN)-Familie bei der Stresstoleranz von Pflanzen untersucht werden. Plastoglobuli sind thylakoidassoziierte Lipidvesikel in Cyanobakterien und Plastiden und enthalten hohe Mengen an lipophilen Molekülen wie Tocopherole und Pigmenten und spielen eine wichtige Rolle in der pflanzlichen Streßantwort. Zudem enthalten Plastoglobuli eine Vielzahl an Proteinen, von denen die FBN die zahlreichsten sind. Es wurde gezeigt, dass einige FBN direkt oder indirekt an der Streßvermeidung beteiligt sind. Für die meisten Vertreter dieser Proteinfamilie sind die biochemischen und physiologischen Funktionen allerdings unbekannt. Alle FBN bestehen vorwiegend aus der sogenannten PAP/FBN-Domäne, die Sequenz- und wahrscheinlich auch Strukturähnlichkeit mit Lipocalinen aufweist. Lipocaline binden hydrophobe Moleküle in Bakterien, Tieren und Pflanzen und können diese durch wässrige Kompartimente hindurch transportieren. Somit spielen vermutlich auch die FBN eine Rolle beim Stoffaustausch innerhalb der Plastiden. Es werden mindestens 11 Untergruppen unterschieden, die sich in Expressionsmustern und Lokalisation unterscheiden. Diese Unterschiede sprechen für spezifische Funktionen der einzelnen Vertreter dieser Proteinfamilie. Es wurde gezeigt, dass nur 7 der 14 FBN aus Arabidopsis Kernkomponenten der Plastoglobuli darstellen, die übrigen dagegen mit den Thylakoidmembranen assoziiert oder im Stroma lokalisiert sind. Im Rahmen dieses Projektes sollen zwei zuvor weder lokalisiert noch funktional charakterisierte Vertreter der FBN aus Arabidopsis untersucht werden, FBN9 und FBN11. FBN9 ist innerhalb des Pflanzenreiches stark konserviert ist, was auf eine essentielle und entwicklungsgeschichtlich alte Funktion hindeutet. FBN11 nimmt dagegen eine Sonderstellung ein, da es eine Proteinkinasedomäne enthält. Ich werde die biochemischen Eigenschaften der ausgesuchten FBN sowie deren physiologische Relevanz in der Toleranz von und Anpassung an verschiedene Streßbedingungen untersuchen. Dazu werde ich loss-of-function- und Überexpressormutanten mit Wildtyppflanzen unter ausgesuchten Stressbedingungen vergleichen, wobei die Analyse des Plastidenproteoms, der Gehalt an Antioxidantien und die Enstehung reaktiver Sauerstoffspezies im Vordergrund stehen. Zudem soll die Kinaseaktivität von FBN11 in vitro mittels heterolog exprimierten Proteins und in vivo durch die Analyse des plastiätren Phosphoproteoms untersucht werden. Hierdurch sollen mögliche Substrate von FBN11 in stressbedingten Signalkaskaden innerhalb des Chloroplasten identifiziert werden. Die Aufklärung der molekularen und physiologischen Funktion der FBN stellt einen entscheidenden Schritt in Richtung eines ganzheitlichen Verständnisses der Abwehrmechanismen in Plastiden dar und ist somit eine wichtige Grundlage für die Entwicklung neuer Konzepte für eine verbesserte Stresstoleranz von Pflanzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Klaas Jan van Wijk