Ursprung, Phylogeny, Evolution und strukturelle Basis der Licht-getriebenen Protochlorophyllid-Reduktion

• Antragsteller: Dr. Thomas Drepper; Dr. Ulrich Krauss
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258093065

Die Synthese von Chlorophyllid (Childe) stellt eine der Schlüsselschritte bei der komplexen Biosynthese von (Bakterio)chlorophyll dar. In oxygen phototrophen Organismen wie Pflanzen, Algen und Cyanobakterien wird dieser Syntheseschritt durch Licht-abhängige Protochlorophyllid (Pchlide)-Oxidireduktasen (LPORs) katalysiert. Aus evolutiver Sicht wird aktuell postuliert, dass LPORs zunächst von Cyanobakterien -erfunden- und anschließend über den Prozess der Endosymbiose in Pflanzen und Algen etabliert wurden. Durch die erstmalige Identifizierung einer funktionellen, Licht-abhängigen LPOR in dem aerob anoxygen phototrophen alpha-Proteobakterium Dinoroseobacter shibae DFL12T (unveröffentlichte Daten aus eigenen Vorarbeiten) wurde diese Lehrmeinung jedoch aktuell in Frage gestellt. Dieser Befund wirft nunmehr neue und weitreichende Fragen bezüglich der Entstehung und Evolution der Chlorophyllbiosynthese und Photosynthese auf und lässt vermuten, dass weiter funktionell neuartige LPORs in unkultivierbaren Mikroorganismen oder ungewöhnlichen Habitaten vorkommen. Daher sollen im Rahmen des beantragten Projekts die diesbezüglich bislang uncharakterisierten DNA-Sequenzen aus Metagenomen analysiert werden, wodurch grundsätzlich neue Erkenntnisse über den evolutionären Ursprung, die Phylogenie sowie die Struktur-Funktionsbeziehungen von Licht-abhängigen Pchlide-Oxidireduktasen erlangt werden können. Um dieses Ziel erreichen zu können, ist eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Mikrobiologen, Molekularbiologen, Biochemikern, Bioinformatikern und Strukturbiologen essentiell. Zum einen werden eingehende in vivo und in vitro Studien zur Funktion und Struktur bekannter und neuer LPORs (Arbeitsgruppen von U. Krauss und T. Drepper) ein besseres Verständnis zur funktionellen Adaptation sowie zum Reaktionsmechanismus der durch LPORs katalysierten, Licht-vermittelten Pchilde-Reduktion ermöglichen. Zum anderen werden die in der von A. von Haeseler geleiteten Gruppe durchgeführten umfassenden bioinformatischen Analysen der LPOR-Sequenzen neue Erkenntnisse zur Entstehung und Entwicklung dieser Schlüsselenzyme liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Beteiligte Institution: Universität Wien ; Center for Integrative Bioinformatics Vienna (CIBIV)
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Beteiligte Personen: Professorin Dr. Renu Batra-Safferling, Ph.D.; Privatdozent Dr. Joachim Granzin; Professor Dr. Arndt von Haeseler