Chromatische Akklimatisierung in phototrophen marinen Cryptophyten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532848533

Chromatische Akklimatisierung (CA) ist ein recht gut verstandener Prozess in bestimmten Cyanobakterien, der die photosynthetische Lichtausbeute unter wechselnden Lichtbedingungen optimiert. Die Zusammensetzung der lichtsammelnden Phycobilisomen (PBS) wird mit der Änderung der Umgebungslichtfarbe umgebaut. Von den bisher definierten CA-Typen in Cyanobakterien sind diejenigen, die ihr Verhältnis von grünem Licht absorbierendem Phycoerythrin (PE) zu rotem Licht absorbierendem Phycocyanin (PC) bei grüner bzw. roter Beleuchtung ändern, gut bekannt. Auch CA4 in marinen Cyanobakterien, bei dem die lichtabsorbierenden Phycobilin-Chromophore innerhalb des PBP ausgetauscht werden, ist recht gut untersucht. Erst vor kurzem wurde ein ähnliches Phänomen auch bei bestimmten Cryptophytenalgen beobachtet. Cryptophyten sind biflagellate eukaryotische Mikroalgen, die in einer Vielzahl von aquatischen Lebensräumen vorkommen. Viele Arten betreiben oxygene Photosynthese mit Hilfe einzigartiger Phycobiliproteine, die im Gegensatz zu denen von Cyanobakterien nicht in PBS organisiert, sondern im Thylakoidlumen löslich sind. Die marine Art Hemiselmis cryptochromatica besitzt einen dominierenden Absorptionspeak bei 569 nm, der auf die Anwesenheit des Cryptophyten PC569 zurückzuführen ist. Bei Wachstum unter rotem Licht verschiebt sich der Hauptabsorptionspeak in Richtung 625 nm, während bei Zellen, die unter grünem Licht wachsen, der Peak bei 569 nm dominiert. Im Rahmen dieses Antrages wollen wir den zugrunde liegenden Mechanismus dieses CA-Phänomens aufklären. PC569 wird aus Zellen isoliert, die unter verschiedenen Lichtqualitäten gewachsen sind, und mit Hilfe einer Kombination aus UV-Vis-Spektrometrie, HPLC-Analyse und Massenspektrometrie auf die Zusammensetzung von Phycobilinen und PBP Untereinheiten untersucht. Die identifizierten Phycobiline werden mit denen verglichen, die von den fünf im Genom von H. cryptochromatica kodierten ferredoxinabhängigen Bilinreduktasen synthetisiert werden. Diese Enzyme wandeln das lineare Tetrapyrrol Biliverdin in verschiedene lichtsammelnde Phycobiline um. Da PC569 wahrscheinlich eines der Cryptophyten-spezifischen Acryoyl-Biline, Bilin 584, besitzt, werden wir weiterhin erste Schritte zur Aufklärung des Biosyntheseweges zu diesen Bilinen unternehmen. Hierfür sollen durch spezifische Hemmung von Biosyntheseproteinen, Acryoyl-haltige Zwischenstufen identifiziert werden. Anschließend soll ein Enzymassay etabliert werden, Voraussetzungen für eine Enzymisolierung mit traditionellen Methoden zu schaffen. Insgesamt wird dieses Projekt zu einem besseren Verständnis der Anpassung mariner Cryptophyten an wechselnde Lichtqualitäten beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Matthew J. Greenwold; Professorin Tammi Richardson, Ph.D.