Localization and mechanisms of energy dissipation in plants
Final Report Abstract
Die Wärmedissipation überschüssiger Anregungsenergie ist ein wichtiger pflanzlicher Schutzmechanismus zur Vermeidung photo-oxidativer Schäden. Aus unseren Vorarbeiten war bekannt, dass unter in vivo Bedingungen mindestens zwei verschiedene Mechanismen des NPQ aktiviert werden. In dem Projekt wurde untersucht, welche NPQ Mechanismen für besonders hohe NPQ Kapazitäten, wie man sie typischerweise in Pflanzen beobachtet, die an Starklicht angepasst sind, verantwortlich sind. Dabei konnten folgende zentrale Ergebnisse erzielt werden: 1. Neben den bekannten Mechanismen des NPQ, Q1 (PsbS abhängig, Ablösung und Aggregation von LHCII) und Q2 (Zeaxanthin abhängig, in mit PSII verbundenen Antennen) konnten wir mit dem spillover quenching qSO einen völlig neuartigen und sehr effizienten Quenchmechanismus identifizieren, der auf einem Energietransfer von PSII zu PSI beruht. 2. Spillover quenching qSO wird nur in Pflanzen aktiviert, die an anhaltend hohe Lichtintensitäten akklimatisiert sind (= HL Pflanzen). 3. Die erhöhte NPQ Kapazität von Pflanzen, die unter natürlichem fluktuierendem Licht gewachsen sind (= NatL Pflanzen), ist auf eine effizienteres Q1 und Q2 Quenching zurückzuführen und nicht auf spillover quenching qSO. 4. NatL Pflanzen zeigen eine extrem hohe Flexibilität des Photosyntheseapparates bezüglich der kurzfristigen Anpassung an Starklicht (inkl. NPQ Aktivierung). Dabei vereinigen bzw. kombinieren sie Eigenschaften von Pflanzen, die dauerhaft entweder unter Schwachlicht oder Starklicht angezogen werden. 5. Eine entscheidende Rolle für die Flexibilität und auch für die hohe NPQ Kapazität von NatL Pflanzen spielt die Struktur und Dynamik der Thylakoidmembran. Der Aspekt der Membrandynamik und dabei insbesondere die molekularen Grundlagen und die funktionellen Konsequenzen dieser Dynamik stellen eine sehr spannenden und interessanten Ausgangspunkt für weiter führende Arbeiten dar.
Publications
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(2013) On the analysis of non-photochemical chlorophyll fluorescence quenching curves. I. Theoretical considerations, Biochim Biophys Acta, 1827, 786-792
Holzwarth AR, Lenk D, and Jahns P
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(2014) Non-photochemical quenching mechanisms in intact organisms as derived from ultrafast-fluorescence kinetic studies. In: Non-Photochemical Quenching and Thermal Energy Dissipation In Plants, Algae and Cyanobacteria, (B Demmig- Adams, W Adams III, G Garab, Govindjee eds.), Series: Advances in Photosynthesis and Respiration (Vol. 40). Springer, Dordrecht, 421-443
Holzwarth AR and Jahns P
