Künstliche Membranen als Modellsystem zur Erforschung der Temperaturanpassung von Diatomeen

• Antragsteller: Professor Dr. Reimund Goss
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 212032704

In den ersten beiden Jahren des Projektes konnten wir zeigen, dass die Diatomeen Thalassiosira pseudonana und Phaeodactylum tricornutum ihre Lipidzusammensetzung an veränderte Umweltbedingungen anpassen. Die Anzucht von T. pseudonana bei niedrigeren Temperaturen führte zu einem Anstieg der MGDG-Konzentration, bei gleichzeitiger Verringerung der DGDG-Gehalte. Messungen der Membranfluidität deuteten darauf hin, dass MGDG die Fluidität der Thylakoidmembran erhöht, d.h. die Membranstrukturen lockert. Anzucht unter Bedingungen hoher Lichtintensitäten führte zu einem starken Anstieg der SQDG Konzentration in den Thylakoiden und einer Verringerung des MGDG Gehaltes. Auch die Menge an Lipid bezogen auf Chlorophyll (Chl) stieg unter diesen Bedingungen an. Allgemein lässt sich feststellen, dass Diatomeen Thylakoide, im Vergleich zu höheren Pflanzen, ein deutlich höheres Lipid zu Chl-Verhältnis aufweisen. Das kann bedeuten, dass der Proteinanteil in der Thylakoidmembran der Diatomeen deutlich niedriger liegt. Diese wichtige Beobachtung soll im dritten Jahr des Projektes intensiver untersucht werden. Weitere Messungen der Membranfluidität konzentrierten sich auf die Funktion des photoprotektiven Xanthophyllzyklus-Pigmentes Diatoxanthin (Dtx), das im Starklicht enzymatisch aus Diadinoxanthin (Ddx) entsteht. Wir konnten feststellen, dass in Thylakoiden aus Starklicht-Kulturen von P. tricornutum, die einen hohen Anteil von Dtx in der Lipidphase der Membran aufweisen, eine durch Dtx vermittelte Versteifung der Membran auftritt. Im beantragten, dritten Jahr des Projektes wollen wir weitere Faktoren, die die Membranfluidität beeinflussen, untersuchen, mit einem Schwerpunkt auf den Fettsäureresten und der negativen Ladung der anionischen Lipide. Während der ersten beiden Jahre des Projektes haben wir Methoden (HPLC gekoppelt mit einem CAD-Detektor, Säulenchromatographie) entwickelt, um Diatomeen Lipide und Fettsäuren zu quantifizieren und in höheren Konzentrationen zu präparieren. Diese Lipide und Fettsäuren sollen nun benutzt werden, um künstliche Membranen zur Untersuchung der Membranfluidität und des Einflusses der Lipide und Fettsäuren auf die Ddx De-Epoxidierung und die Struktur der Lichtsammelkomplexe (FCPs) herzustellen. Die ersten beiden Jahre des Projektes haben auch gezeigt, dass die Aggregation der FCPs durch einen niedrigen pH-Wert und die Anwesenheit von Dtx begünstigt wird. Hohe Konzentrationen an Mg2+ Ionen führen zu einer weiteren Verstärkung der Aggregation. Im dritten Jahr des Projektes werden wir hohe Mg2+ Konzentrationen und niedrige pH-Werte auch während Messungen der Membranfluidität, der Ddx De-Epoxidierung und der FCP-Aggregation einsetzen, um die negative Ladung von SQDG und PG zu kompensieren. Damit soll ein möglicher Einfluss der negativ geladenen Kopfgruppen der Lipide auf die genannten Prozesse sichtbar gemacht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Kazimierz Strzalka