Characterisation of PGRL1/PGR5-dependent cyclic electron flow at the genetic, functional and evolutionary level

• Antragsteller: Professor Dr. Dario Leister
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248406100

Im Gegensatz zum linearen Elektronenfluss, der beide Photosysteme involviert und ATP und NADPH erzeugt, benötigt der zyklische Elektronenfluss (CEF) nur das Photosystem I (PSI) und generiert nur ATP. In Vorarbeiten haben wir das PGRL1-Protein identifiziert, einen zentralen Bestandteil des Antimycin A (AA)-sensitiven CEF. Unsere weiteren Untersuchungen haben gezeigt, dass PGRL1 zusammen mit dem PGR5-Protein in vitro Ferredoxin-Plastochinon Reduktase (FQR) Aktivität aufweist. Interessanterweise scheint der PGRL1/PGR5-abhängige CEF evolutionär an Komplexität gewonnen zu haben, so dass er sich von einem Prozess, der beim Cyanobakterium Synechocystis PGR5 (und wahrscheinlich ein bisher noch nicht identifiziertes PGRL1-Analog) involviert, zu einem Mechanismus entwickelt hat, der bei Grünalgen und Blütenpflanzen beide Proteine erfordert. Der PGR5-abhängige CEF beim Cyanobakterium Synechocystis ist AA-sensitiv, während bei der Grünalge Chlamydomonas ein AA-insensitiver Superkomplex auftritt, der PGRL1 und PGR5 enthält, und bei der Blütenpflanze Arabidopsis ein AA-sensitiver PGRL1-PGR5 Heterodimer eine zentrale Funktion beim CEF ausübt.Bei diesem Projekt soll die Evolution der Funktion von PGRL1 und PGR5 rekonstruiert werden, um die auf den ersten Blick widersprüchlichen Erkenntnisse, die bei den drei Modellsystemen gewonnen wurden, in einem evolutionären Modell vereinigen zu können. Dazu werden die Proteinkomplexe, die CEF in Blütenpflanzen und Grünalgen vermitteln, in dem Cyanobakterium Synechocystis rekonstruiert und charakterisiert. Außerdem soll das funktionelle PGRL1 Analog (PRIO) in Synechocystis, für dessen Existenz wir starke Hinweise gefunden haben, identifiziert werden. Durch die systematische Identifizierung und Charakterisierung von Mutationen, die die pgr5 Mutation in Arabidopsis supprimieren können, werden wir das Zusammenspiel des PGRL1/PGR5 Elektronentransportweg mit anderen Elektronentransportwegen in der Blütenpflanze Arabidopsis aufklären. Dazu definieren wir 7 Unterprojekte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen