Regulation der Photosynthese für die Stickstoff-Fixierung in Trichodesmium
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das filamentöse Cyanobakterium Trichodesmium führt ohne permanente Zelldifferezierung Photosynthese und Stickstoff-Fixierung während der Lichtperiode durch. Dies funktioniert über schnelle reversible Wechsel zwischen diversen Aktivitätszuständen, incl. anoxygener PSII-getriebener Photosynthese (über Mehler-Reaktion). Dieses Projekt untersuchte die physiologischen Mechanismen dieser Regulation der Photosynthese für die Stickstoff-Fixierung. Wir fanden heraus, dass das tägliche Aktivitätsmuster vor allem auf reversiblen biochemischen u/o biophysikalischen Modifikationen bestehender Pigment-Proteinkomplexe beruht, insbesondere der reversiblen (Ent)kopplung von ganzen Phycobilisomen und einzelnen Phycobiliproteiden. Störung dieser Regulation durch Eisenmangel führte nicht zur Abnahme von Fe-benötigendem PS I und Stickstoff benötigenden Phycobilisomen, sondem zu einer selektiven Herunterregulierung der Nitrogenase und Änderungen in Lichtsammelkomplexen wie der Expression einer anderen Isoform von Phycoerythrin/Phycourobilin. Auch Akklimation an verschiedene Lichtbedingungen bewirkte Änderungen vor allem in der Antenne, wie die verstärkte PSIl-Kopplung von Phycourobllln und die Expression altemativer Phycourobilin-Isoformen. Bei den Ergebnissen gab es vor allem zwei Überraschungen: Zum einen, dass Trichodesmium im Gegensatz zu anderen Cyanobakterien bei Eisenmangel seine Phycobilisomen behält und nicht als Stickstoff-Reserve benutzt/aufbraucht. Zum anderen war die entscheidende Rolle von Phycourobilin bei der Regulation der Photosynthese überraschend, verbunden mit dem Befund, dass nicht nur ganze Phycobilisomen wie bei anderen Cyanobakterien, sondern auch einzelne Phycobiliproteide reversibel an die Photosysteme koppeln können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007) A fast, sensitive and inexpensive alternative to analytical pigment HPLC: quantification of chlorophylls and carotenoids in crude extracts by fitting with Gauss-Peak-Spectra. Analytical Chemistry 79, 7611-7627
Küpper H, Seibert S, Aravind P
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(2007) Changes in the regulation of photosynthesis for nitrogen fixation during acclimation to different inadiances in Trichodesmium. Poster auf der Deutschen Botanikertagung), 3.-7.9.2007, Hamburg
Seibert S, Küpper H
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2007) Spectrally & spatially resolved microscopic measurements of Chl and non-Chl fluorescence kinetics provide new insights Into photosynthesis & abiotic stress. Poster auf der Deutschen Botanikertagung), 3.-7.9.2007, Hamburg
Küpper H, Parameswaran A, Leitenmaier B, Trtilek M, Setlik I
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(2008) Iron limitation in the marine cyanobacterium Trichodesmium reveals new insights into regulation of photosynthesis and nitrogen fixation. New Phytologist 179, 784-798
Küpper H, Setlik I, Seibert S, Prasil O, Setlikova E, Strittmatter M, Levitan O, Lohscheider J, Adamska I. Berman-Frank I
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(2008) Reversible phycobilisome coupling and variable phycobilisome fluorescence in the marine diazotrophic cyanobacterium Trichodesmium. 16th FESPB congress, 17.-22. August 2008 in Tampere, Finland
Küpper H, Rösch V, Simek M, Setlik I
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(2009) Reversible coupling of individual phycobiliprotein isoforms during state transitions in the cyanobacterium Trichodesmium analysed by single-cell fluorescence kinetic measurements. Biochim. Biophys. Acta (Bioenergetics) 1787.155-1673
Küpper H, Andresen E, Wiegert S, Simek M, Leitenmaier B, Setlik I
