The significance of photosystem II supercomplexes in light acclimation of Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Dr. Lars Dietzel
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239465926

Die Photosynthese ist der wichtigste energiefixierende Prozess auf der Erde. Höhere Pflanzen, wie die Modellpflanze Arabidopsis thaliana, können die Photosynthese schnell und effizient regulieren um eine hohe Photosynthese-Leistung bei gleichzeitigem Schutz vor oxidativen Schäden zu erreichen. An dieser Regulation sind Photosystem (PS) II Superkomplexe beteiligt. Obwohl die Struktur der PSII-Superkomplexe bestimmt wurde, ist der Prozess der Assemblierung und die Dynamik der Superkomplexe, das sog. PSII-remodeling, während der Lichtakklimation unzureichend erforscht. In eigenen Vorarbeiten zeigten wir, dass das PSII-assoziierte Protein Psb27 für die Assemblierung bzw. Stabilität der PSII Superkomplexe verantwortlich ist und dass PSII-remodeling durch Phosphorylierung von PSII Untereinheiten induziert wird. Interessanterweise, ist die Hauptphosphorylierungstelle am PSII-Zentrumsprotein CP43 gleichzeitig die putative Bindestelle für Psb27. Ziel des Projektes ist es, Assemblierung von PSII-Superkomplexen sowie deren Regulation durch PSII-remodeling aufzuklären bzw. besser zu verstehen. Dazu werden wir i) die Lokalisierung und Funktionsweise des PSII-assoziierten Faktors Psb27 mit Hilfe von immunologisch-biochemischen Techniken und in planta markiertem Psb27 untersuchen und interagierende Proteine identifizieren. ii) Unsere Untersuchung verfolgt die Kinetik der PSII-Phosphorylierung und deren Wirkung auf die Funktionalität der PSII-Superkomplexe. Mit Hilfe fluorometrischer und spektroskopischer Methoden werden wir Fragen zur Lichtenergieaufnahme, verteilung und -weiterleitung beantworten. Dazu werden Mutanten mit veränderter Thylakoidphosphorylierung in Kombination mit definierten Belichtungsprogrammen eingesetzt. Auf diese Weise werden wir die physiologische Funktion differentiell phosphorylierter PSII-Superkomplexe bestimmen. iii) Wir werden den Einfluss des PSII-remodeling auf die photosynthetische Leistungsfähigkeit von Arabidopsis untersuchen, indem wir PSII Superkomplex-defiziente oder im PSII-remodeling beeinträchtigte Pflanzenlinien unter fluktuierenden Lichtbedingungen auf ihre Akklimationsfähigkeit testen. Das Wissen über PSII-remodeling wird es ermöglichen, die Auswirkung der Lichtumgebung auf Wachstum und Ertrag der Pflanzen besser abzuschätzen. Dieses Wissen kann in Zukunft dazu beitragen, die Produktivität von Kulturpflanzen unter bestimmten Umweltbedingungen zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Herbert van Amerongen; Professor Dr. Sacha Baginsky; Professorin Dr. Claudia Büchel; Professor Dr. Michael Karas; Professor Dr. Thomas Pfannschmidt