Molekulare Biomineralisation der Skelette von Oktokorallen: Kalzit vs. Aragonit

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Sergio Vargas Ramírez; Professor Dr. Gert Wörheide
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 331045868

Durch Biomineralisation scheiden Organismen Mineralien ab, ein Prozess der die Grundlage für die Vielfalt von Schalen und Skeletten während der meisten Abschnitte der Erdgeschichte geschaffen hat. Korallenriffe, eines der vielfältigsten Ökosysteme des Planeten, werden ebenso durch Biomineralisation ermöglicht, Korallen der Klasse Anthozoa sind hier heute die wichtigsten Strukturbildner und produzieren verschiedene Kalziumkarbonat-Polymorphe: scleractine Korallen ein Aragonit Skelett, die meisten Oktokorallen eins aus Kalzit, mit einer Ausnahme, die Gattung Heliopora mit Aragonit-Skeletten. Warum und wie Korallen verschiedene CaCO3 Polymorphe erzeugen ist noch nicht bekannt. Es wurde allerdings postuliert, dass Veränderungen des Mg:Ca Molverhältnisses des Meerwassers während bestimmter Perioden der Erdgeschichte dafür verantwortlich sind. Die molekularen Mechanismen der Biomineralisation sind in den Scleractinia vergleichsweise gut bekannt, bei Oktokorallen allerdings weitaus weniger. Ein besseres Verständnis ist aber notwendig um die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf Korallen besser beurteilen zu können.Wir werden Transkriptom und Proteom Analysen kombinieren um das in die Biomineralisation von Oktokorallen involvierte Genrepertoire bestmöglich zu charakterisieren. Wir werden drei Arten mit einem rigiden Skelett verwenden, die wir in unseren Forschungaquarien züchten und für die wir kürzlich Referenztranskriptome erzeugt haben: die aragonitische Oktokoralle Heliopora coerulea, die kalzitische Tubipora musica, und, für vergleichende Analysen, die aragonitische Steinkoralle Montipora digitata. Drei verschiedene Strategien werden hier eingesetzt:Zunächst werden die Referenztranskriptome unserer drei Zielarten analysiert und mit veröffentlichten Daten anderer Korallen und weiterer Taxa (z.B. Kalkschwämme, Muscheln, Brachiopoden, Stachelhäuter) verglichen um Proteine zu identifizieren, die mutmaßlich an der Biomineralisation beteiligt sind.Zweitens werden wir für jede unserer Arten die Skelett-Proteome (die im Skelett eingeschlossenen organische Matrixproteine) analysieren um weitere mutmaßlich an der Biomineralisation beteiligte Proteine charakterisieren.Letztlich, da einige aragonitische Korallen beginnen in einem Meerwasser mit einem mMg:Ca von 1 (Kalzitmeer) Kalzit zu produzieren aber die für eine solche Polymorph Verschiebung verantwortlichen molekularen Prozesse noch unbekannt sind, werden wir in kurz und längerfristigen Kalzitmeer Experimenten die Expression von Biomineralisations-Genen analysieren.Durch die Fokussierung auf Korallen die unterschiedliche CaCO3 Polymorphe produzieren, und unter Einsatz verschiedener experimenteller Ansätze, werden wir neue Daten über die Biomineralisation von Korallen, insbesondere Oktokorallen, generieren, um unser Verständnis zu erweitern wie Veränderungen der Ozeane die Biomineralisation steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen