Metabolische Adaptation von Pflanzen an Phosphatmangel - Funktionelle Analyse neuartiger, intrazellulärer Phosphatasen der HAD-Superfamilie

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Margret Köck
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 221532843

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Intrazellulärer Phosphatmangel resultiert in der Umprogrammierung des Zellstoffwechsels mit dem Ziel, eine optimale Phosphatnutzung einzustellen und die Metabolitflüsse abzusichern. Die Mobilisierung von Phosphat erfolgt aus phosphorylierten Metaboliten, Nukleinsäuren und Phospholipiden. Das Hauptziel des Projektes bestand in der Analyse der biologischen Rolle von Phosphoethanolamin/Phosphocholin-Phosphatasen (PECP), die eine bislang unbekannte Reaktion im Diacylglycerol (DAG)-Weg der Phospholipidsynthese ausführen. Mit Methoden der reversen Genetik, Transkriptionsanalysen und Metabolitmessungen über LC-MS/MS und GC-MS/MS konnte nachwiesen werden, dass PECP1 und PECP2 aus Arabidopsis thaliana in planta als Phosphoethanolamin-Phosphatasen wirken, wobei PECP2 ein konstitutiv exprimiertes Gen darstellt. PECP1 wird P-Mangel-abhängig hauptsächlich in Wurzel induziert. Der Ausfall von PECP1 in pecp1-Mutanten attenuiert signifikant sowohl das Absinken des Phosphoethanolamin-Spiegel als auch die Erhöhung des Ethanolamin-Spiegel. Eine Beeinflussung des bei P-Mangel stark sinkenden Phosphocholin-Spiegels in Wurzeln wurde nicht festgestellt. Lipidmessungen weisen in pecp1 auf eine Verstärkung der durch P-Mangel hervorgerufenen Änderung der Lipidzusammensetzung nach. Verschiedene, P-Mangel-induzierbare Phosphatasen anderer Pflanzenspecies wurden durch die enzymatische Charakterisierung der rekombinant in E. coli synthetisierten Proteine als PECP1-homologe Enzyme charakterisiert. Im Gegensatz zu den Phosphoethanolamin-Phosphatasen PECP1 und PECP2 kodiert das dritte Gen der Genfamilie für eine Pyrophosphat-spezifische Phosphatase AtPPP1, die in die Adaption des Kohlenhydratstoffwechsels bei P-Mangel involviert ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2012) Arabidopsis thaliana PECP1 – Enzymatic characterization and structural organization of the first plant phosphoethanolamine/phosphocholine phosphatase. BBA-Proteins and Proteomics 1824: 319-325
  May A., Spinka M., Köck M.
  
• (2014) Intracellular phosphatases in crops under phosphate-limited conditions. Tagungsbeitrag für 'Plant Nutrition: From basic understanding to better crops', Halle (Saale)
  Ditfe, D., May, A., Tannert, M., Köck, M.
  
• (2014) Phosphatmangel-induzierte Phosphoethanolamin/Phosphocholin-Phosphatasen aus Pflanzen: Struktur, enzymatische Reaktionen und Funktionen. Dissertation Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
  May, A.