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

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Grimm
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290763515

Dank der Fähigkeit der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii, auch im Dunkeln Chlorophyll zu synthetisieren, verfügt die Alge über unterschiedliche Regulationsprinzipien in der Tetrapyrrolbiosynthese (TBS) im Vergleich zu den Pflanzen. Da die Grünalgen auch heterotroph auf einer Kohlenstoffquelle wachsen können, gibt es einige Vorteile, in C. reinhardtii Regulationsprozesse der Chlorophyll- und Hämsynthese des Tetrapyrrolstoffwechsels zu analysieren, die in höheren Pflanzen (Angiospermen) nicht untersuchbar sind, weil deren Pigmentmutanten letal sind. Somit ist C. reinhardtii ein gutes Modell zur Erforschung der TBS und zugehöriger Prozesse. Ziel des Antrags ist durch Einsatz genetischer und biochemischer Methoden, 1. einige bisher nicht identifizierte Gene in Mutanten mit phänotypischen Veränderungen in der Chlorophyllsynthese, die entweder bereits in laufenden Versuchen vorselektiert wurden oder die aus einer selbst erzeugten Sammlung von DNS-Insertionsmutanten ausgewählt wurden, zu analysieren. Es wird erwartet, dass Gene aufgedeckt werden können, die sowohl unbekannte Untereinheiten einzelner Enzymschritte, Transkriptionsfaktoren und Regulatoren der Genexpression innerhalb der Chlorophyllsynthese als auch posttranslationale Faktoren des Synthesewegs kodieren. Sind einmal die identifizierten Gene für die Synthese regulatorischer oder katalytischer Komponenten der Tetrapyrrolbiosynthese durch Komplementation der Mutanten mit Wildtypgenen bestätigt worden, soll die Signifikanz der kodierten Proteine und deren möglicherweise unterschiedliche Funktion und Regulation im Tetrapyrrolstoffwechsel untersucht werden, die im Vergleich zu den homologen Genprodukten der Pflanzen auch unterschiedlich sein kann. Anschließend sollen auch die genetischen und biochemisch/physiologischen Konsequenzen der Mutation der identifizierten Gene auf den Stoffwechselweg und die Plastidenentwicklung analysiert werden. Ein 2. Ziel des Antrags ist die Identifizierung und Untersuchung von Komponenten retrograden Signalwege in dem Chloroplasten von C. reinhardtii, die durch Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (hier:1O2) nach Akkumulation von Tetrapyrrolen induziert werden. Es soll ermittelt werden, ob infolge der Anreicherung von unterschiedlichen Tetrapyrrolen die 1O2 ermittelten Signalwege getrennt oder nach Konvergenz zu einer Veränderung der Transkriptionskontrolle im Zellkern führen und somit unterschiedliche Muster an Genen induzieren oder reprimieren. Somit sollen mit diesem Antrag Beiträge zum Verständnis der TBS Kontrolle und des Informationsaustausches zwischen Plastiden und Zellkern erzielt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen