Die molekularen Grundlagen der schnellen Photoprotektion und ihr Einfluss auf die kompetitive Fitness in Phaeodactylum tricornutum

• Antragsteller: Professor Dr. Bernard Lepetit
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290346585

Diatomeen sind in fast allen aquatischen Habitaten sehr erfolgreich. Als ein wesentlicher Grund dafür wird ihre ausgeprägte Photoprotektionskapazität basierend auf qE (energy dependent fluorescence quenching) angenommen. Während die Bedeutung von Diatoxanthin, welches im Xanthophyllzyklus während Starklichtexposition gebildet wird, für qE lange bekannt ist, wurde die Relevanz der Lhcx-Proteine für qE erst vor einigen Jahren enthüllt. In unserem DFG-Projekt haben wir gezeigt, dass Lhcx1, x2 und x3, nicht aber Lhcx4, qE in Phaeodactylum tricornutum vermitteln. Damit kann P. tricornutum qE flexibel an die jeweiligen Umweltbedingungen anpassen. Wir konnten außerdem zeigen, dass Lhcx-Proteine qE über eine Reduktion des funktionellen Absorptionsquerschnitts des Photosystems II mittels Abkopplung der peripheren Antenne vermitteln. Das bisherige DFG-Projekt hat neue Fragen aufgeworfen und weitere müssen mit anderen experimentellen Ansätzen beantwortet werden.Der Folgeantrag hat drei Zielsetzungen. Wir wollen:1.) Die Aminosäuren und Peptidmotive identifizieren, die essentiell sind um ein Lhcx-Protein von einem klassischen Lichtsammelprotein funktionell zu unterscheiden. Wir werden verschiedene modifizierte Lhcx-Proteine in die P. tricornutum Null-qE x1KO Mutante transformieren und dann auf Wiederherstellung des qEs testen. Neben mutierten Lhcx-Proteinen aus P. tricornutum werden wir auch Lhcx/Lhcsr-Proteine aus anderen Organismen sowie Chimären aus Lhcx und Lhcf/Lhcr-Proteinen transformieren.2.) Proteininteraktionspartner der Lhcx-Proteine enthüllen und damit Rückschlüsse auf die Lokalisierung der Lhcx-Proteine in den Thylakoiden ziehen. Klassische biochemische Ansätze über Pigmentproteinkomplexauftrennungen, gefolgt von Proteinidentifizierungen über Western Blot und Massenspektrometrie (MS), sind dafür in P. tricornutum nur teilweise erfolgreich gewesen. Daher werden wir membrandurchlässige Crosslinker, gefolgt von massenspektrometrischen Analysen (XL-MS), sowie Pull-Down Ansätze, gefolgt von Western Blot und MS, anwenden.3.) Den Einfluss des qEs auf die kompetitive Fitness der Zellen unter anhaltendem Lichtstress vertiefend untersuchen. Die bisherigen Experimente haben gezeigt, dass auch die x1KO Mutante ein qE über die Hochregulierung des Lhcx2- und x3-Proteins unter anhaltendem Lichtstress aufbaut. Daher werden wir mittels CRISPR-CAS Lhcx1/x2/x3 Triple KO-Mutanten erzeugen. Außerdem wollen wir KO-Mutanten des Xanthophyllzyklusses erzeugen, da ohne Diatoxanthin kein qE in P. tricornutum aufgebaut werden kann. Die mutierten Linien werden dann unter verschiedensten Stressbedingungen mit einer speziellen P. tricornutum Linie co-kultiviert. Diese Linie enthält ein eGFP, verfügt ansonsten aber über ein normales qE. Das jeweilige Wachstum wird mittels Durchflusszytometrie untersucht.Unsere Experimente werden die molekularen Charakteristika des durch Lhcx vermittelten qEs sowie dessen Einfluss auf den kompetitiven Vorteil der Diatomeen entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen