Genom- und Transkriptomsequenzierung der Coccolithophoren Chrysotila carterae, Scyphosphaera apsteinii und Calyptrosphaera sphaeroidea zur Untersuchung des Mechanismus der Coccolithbiogenese

• Antragsteller: Professor Dr. André Scheffel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458724942

Coccolithophoren sind planktonische, einzellige Meeresalgen mit einer Zellwand aus Schuppen, die aus anorganischen Kalzitkristallen (CaCO3) aufgebaut sind. Diese Schuppen werden Coccolithe genannt. Ihre Formen, von der man bisher 200 verschiedenartige kennt, sind genomisch kodiert. Der Coccolithbildung kommt eine hohe biogeochemische Bedeutung zu, da sie den Austausch von CO2 zwischen Atmosphäre und Meerwasser und somit unser Klima beeinflusst. Die molekularen Prozesse, die zur Coccolithbildung und zu der bekannten Formvielfalt führen sind weitestgehend unbekannt. Die bei der Aufklärung dieser Prozesse gewonnenen Erkenntnisse lassen sich dazu nutzen 1) neue Ansätze für biomimetische und nanobiotechnologische Verfahren für die Synthese von Werkstoffen und 2) Vorhersagen zum Anpassungspotential verschiedener Coccolithophoriden Arten auf die Ozeanversauerung und den Klimawandel für Klimamodelle zu entwickeln. Mit Chrysotila carterae steht seit Kurzem eine Coccolithophore zur Verfügung, die genetisch zugänglich ist. Die Genomsequenz von C. carterae sowie ein qualitativ hochwertiges Transkriptom fehlen jedoch bisher, was ein Haupthindernis für molekulargenetische Untersuchungen darstellt. Die Ziele des beantragten Projektes sind daher: 1) Generierung qualitativ hochwerter Genom- und Transkriptom-Ressourcen für C. carterae und zwei weitere Coccolithophore, deren Coccolithe sich im Aufbau stark von C. carterae Coccolithen unterscheiden, 2) Katalogisierung des Repertoires an Genen und Biosynthesewegen, 3) Identifikation neuer Kandidaten der Coccolithbiogenesesemachinerie durch vergleichende Transkriptomik und 4) Etablierung einer globalen Datenbankressource, die die erzeugten genomischen Informationen in ihren Stoffwechsel- und Signalwegzusammenhängen widerspiegelt. Um die Voraussetzungen für ein effizientes Sequenzierprojekt zu schaffen und neue Einblicke in das molekularbiologische Programm der Coccolithbiogenese zu erhalten, wurden im Vorfeld 1) Protokolle für die Isolation hochmolekularer DNA und qualitative hochwertiger RNA entwickelt, 2) die Genomgrößen mittels Durchflusszytometrie bestimmt, 3) die genetische Transformation von C. carterae etabliert, um die Funktionen interessanter Kandidatengene in vivo untersuchen zu können, und 4) eine bioinformatische Analysepipeline eingerichtet. Wir erwarten, dass dieses Projekt neue Kandidatengene zur Aufklärung der Coccolith-Biogenese und Morphogenese liefert und dass die generierten Sequenz-Ressourcen und die genomische Annotationsinformation einen wertwertvollen Betrag zu Untersuchungen leisten, die darauf abzielen, die Biologie und Evolution dieser faszinierenden Algen besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Dirk Walther