Molekulare Analyse des Exports von Fettsäuren aus Plastiden von Ölsaatpflanzen und Mikroalgen - ein Ausgangspunkt für die Entwicklung von Strategien zur pflanzlichen Erzeugung von Biotreibstoff

• Antragstellerin: Professorin Dr. Katrin Philippar
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270310439

Fettsäuren (FS) sind Hauptbestandteil der Lipide und damit essentiell für die Funktion von Membranen sowie für Wachstum und Entwicklung von Organismen. Z. B. sind Triacylglycerol-Lipide (TAGs) in Samen von Ölsaatpflanzen die Hauptform des Kohlenstoff-Energiespeichers oder schützen Wachse die Oberfläche von Pflanzen vor Austrocknung und Pathogenbefall. Da FS in Pflanzen im Plastiden synthetisiert werden, ist für die Lipidproduktion im endoplasmatischen Retikulum ein Transport über die plastidären Hüllmembranen notwendig. Obwohl beschrieben ist, dass freie FS transportiert werden, ist die Art und Weise jedoch noch unklar. Mit FAX1 ('fatty acid export1") haben wir ein Membranprotein in der inneren Hüllmembran isoliert, das in Arabidopsis thaliana essentiell ist für die Produktion von Biomasse, die männliche Fertilität sowie die Synthese von FS-haltigen Stoffen wie Lipiden, Keton-Wachsen und Zellwänden von Pollen. Während in FAX1-knockout Linien Lipide, die aus dem ER stammen, erniedrigt sind, steigt der Gehalt von Fetten, die im Plastiden synthetisiert werden. In FAX1 über-exprimierenden Linien dagegen findet sich z.B. ein Anstieg von TAG-Lipiden in Blättern und Blüten. Da FAX1 außerdem den Verlust eines FS-Transporters in Hefezellen komplementieren kann, vermittelt das Protein in Plastiden wahrscheinlich den FS-Export über die innere Hüllmembran. In Arabidopsis sind sieben FAX-Proteine vorhanden, vier in Plastiden, drei in Membranen des sekretorischen Transportwegs. In der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii findet sich je ein Vertreter dieser Unterfamilien. FAX-Verwandte in Vertebraten sind "TMEM14" Proteine unbekannter Funktion in Mitochondrien, die mit dem Häm-Metabolismus und der Apoptose verknüpft sind. Die Erforschung dieser Proteinfamilie ermöglicht daher nicht nur eine Steigerung der pflanzlichen Produktion von Lipiden oder Biotreibstoff, sondern auch die Beschreibung neuer mitochondrieller Transporter in Vertebraten mit einer möglichen Funktion im Zelltod.Primäres Ziel des Projekts ist die Charakterisierung von FAX Proteinen in Arabidopsis und Chlamydomonas. Dabei soll ihre Rolle im Stoffwechsel, insbesondere von FS, Lipiden und daraus abstammenden Stoffen (Wachse, Kutin, Oxilipin-Hormone) sowie von Kohlenstoff-Energiemetaboliten untersucht werden. Ein Fokus liegt auf der der Bedeutung von FAX für die Produktion von TAG-Ölen in Samen. In Chlamydomonas soll die gleichzeitige Überexpression von FAX Proteinen (FS-Transport) und Enzymen der FS/Lipid-Synthese zur Entwicklung von Strategien zur Erzeugung von Biotreibstoff beitragen. Die Korrelation von Struktur und Funktion von FAX1 ist neuartig und ermöglicht daher die Beschreibung von pflanzenspezifischen sowie generellen Eigenschaften eines bisher unbekannten, intrazellulären FS-Transportwegs. Topologie, Struktur und FS/Lipid-Bindung von FAX, funktionelle Analysen in Hefe, sowie die Identifikation von Interaktionspartnern sollen dazu beitragen, den FS-Exportweg aus Plastiden zu beschreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen