Regulation and function of the zeaxanthin epoxidase
Final Report Abstract
Die Zeaxanthin Epoxidase (ZEP) katalysiert die Umwandlung von Zeaxanthin zu Violaxanthin. Diese Reaktion ist sowohl eine Teilreaktion des Xanthophyll-Zyklus, als auch ein Reaktionsschritt in der Biosynthese des Phytohormons Abscisinsäure (ABA). Beide Prozesse haben eine zentrale Bedeutung für Pflanzen bei der Anpassung an umweltbedingten Stress, nämlich Trockenstress (ABA Biosynthese) und Lichtstress (Xanthophyll-Zyklus). Auf Proteinebene gibt es bislang nur wenige Informationen zur ZEP. Im Fokus der durchgeführten Untersuchungen stand die Lokalisation und Regulation des ZEP Proteins im Zusammenhang mit dieser dualen Funktion. Dabei konnten eine Reihe wichtiger und sehr interessanter Ergebnisse erzielt werden: - Im Chloroplasten ist das ZEP Protein sowohl mit der Thylakoidmembran als auch mit der Envelopmembran assoziiert, und liegt darüber hinaus als lösliches Protein im Stroma vor. - In nicht-grünen Plastiden der Wurzel (wo nur die ABA-Biosynthese abläuft) ist der auf die Menge an Substrat/Produkt (Zeaxanthin/Violaxanthin) bezogene ZEP-Gehalt deutlich höher als in Chloroplasten (wo Xanthophyllzyklus und ABA-Biosynthese ablaufen). - Trockenstress induziert in gleichem Maße die ABA-Biosynthese in Wurzeln und Blättern, führt aber zu gewebespezifisch unterschiedlichen Änderungen des ZEP-Gehaltes: Anstieg in Wurzeln und Abbau in Blättern. - Die parallele Inaktivierung von Photosystem II und ZEP während lang anhaltendem Lichtstress geht einher mit dem parallelen Abbau von D1 Protein (Photosystem II) und dem ZEP Protein. Dies lässt einen engen Zusammenhang zwischen Photoinhibition bzw. D1-Turnover und ZEP-Inaktivierung vermuten. Insbesondere die gewebespezifische Regulation der ZEP unter Trockenstress und der Zusammenhang zwischen D1-Turnover und ZEP-Abbau bzw. -Inaktivierung stellen die Grundlage für sehr spannende, weiterführende experimentelle Ansätze dar.
Publications
- (2012) Zeaxanthin epoxidation - an in vitro approach. Acta Biochim. Polonica 59, 105-107
Kuczyńska P, Latowski D, Niczyporuk S, Olchawa-Pajor M, Jahns P, Gruszecki WI und Strzałka K
- (2014) Tissue-specific accumulation and regulation of zeaxanthin epoxidase in Arabidopsis reflect the multiple functions of the enzyme in plastids. Plant Cell Physiol
Schwarz N, Armbruster U, Iven T, Brückle L, Melzer M, Feussner I und Jahns P
(See online at https://doi.org/10.1093/pcp/pcu167)
