In-planta Analysen der drei Arabidopsis Isoformen des bifunktionalen RIBA Proteins mit katalytischen Domänen für GTP Cyclohydrolase II und 3,4-Dihydroxy-2-Butanon-4-Phosphat-Synthase

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Grimm
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258667322

Riboflavin ist die Vorstufe der Flavocoenzyme FMN und FAD und ist daher essentiell für alle Organismen. Die beiden einleitenden Enzymschritte der Riboflavinbiosynthese werden durch das bifunktionale RIBA-Protein katalysiert, das funktionale Domänen einer GTP Cyclohydrolase II (GCHII) und einer 3,4-Dihydroxy-2-Butanon-4-Phosphat-Synthase (DHBPS) besitzt. Das Genom der Angiospermen besitzt eine kleine, aus drei Mitgliedern bestehende RIBA Genfamilie. Wir begannen unsere Studien zur pflanzlichen Riboflavinbiosynthese mit der Charakterisierung einer Arabidopsis thaliana rfd1 Mutante, die mit massiv reduzierter RIBA1 Expression einen drastisch ausgebleichten Phänotyp zeigt, der durch die gleichzeitige Expression des RIBA2 und RIBA3 nicht kompensiert wird. Wenig ist bisher über die Biochemie und Kontrolle des pflanzlichen Riboflavinstoffwechsels bekannt. Mit diesem Projektantrag ist beabsichtigt, in planta die enzymatischen Eigenschaften und die physiologische Bedeutung der drei zweigeteilten Wildtyp- und mutierter RIBA-Isoformen in der letalen riba1 Mutante zu untersuchen. Zusätzlich sollen transgene Pflanzen mit Überproduktion oder Expressionsinaktivierung des RIBA1-Gens auf physiologische Konsequenzen modifizierten Gehalts an Flavinen und der veränderten Funktion von FAD- bzw. FMN-abhängigen Proteine in ihren zellulären Prozessen analysiert werden. Analyse der Interaktion der RIBA Isoformen mit anderen Proteinen soll zu Hinweisen auf die Organisation und Regulation der Riboflavininsynthese und die Wechselwirkung mit anderen zellulären Prozessen beitragen. Ein vorläufiger Befund der RIBA1 und RIBA2 Phosphorylierung mittels eines Plastidenextraktes soll mit der Identifizierung der Phosphorylierungsstelle innerhalb der Enzyme und der Klärung der regulatorischen Konsequenzen einer RIBA-Phosphorylierung für die Arabidopsispflanzen fortgesetzt werden. Somit soll mit Hilfe des Arbeitsprogramms geklärt werden, in welcher Weise alle drei RIBA-Isoformen an der pflanzlichen Riboflavinbiosynthese beteiligt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Alisdair Fernie, Ph.D.; Professor Dr. Markus Fischer; Dr. Michael Melzer