Die Lhcx-Proteine zentrischer Diatomeen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Claudia Büchel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256803100

Diatomeen sind photosynthetische Organsimen, die mit ca. 25% zur jährlichen Biomasseproduktion auf der Erde beitragen. Zur Lichtsammlung besitzen sie verschiedene, membranintrinsische Lichtantennenproteine. Diese werden wegen ihrer Pigmentierung auch Fucoxanthin-Chlorophyll-Proteine (FCP) genannt. Aufgrund von Sequenzhomologien kann man drei Gruppen unterscheiden, Lhcf Proteine als hauptsächliche Lichtsammler, Lhcr Proteine als Photosystem I Antennen und Lhcx Proteine. Letztere sind in das sogenannte non-photochemical quenching (NPQ) involviert, einen Lichtschutzmechanismus durch eine erhöhte Wärmedissipation auf Kosten der Fluoreszenzabstrahlung. Der qE-Teil des NPQ, der von der Energetisierung der Thylakoidmembran abhängt, korreliert mit der Stärke des pH-Gradienten über der Thylakoidmembran und der De-epoxidierung von Diadinoxanthin zu Diatoxanthin. Zudem erfordert er die Anwesenheit von Lhcx Proteinen. Wir konnten kürzlich das Vorhandensein eines Lhcx Proteins in trimeren FCPa Komplexen einer zentrischen Diatomee nachweisen. Die Fluoreszenzausbeute dieser Komplexe hing zudem vom Abstand der Proteinkomplexe, dem pH und dem Diatoxanthingehalt ab. Allerdings besitzen Diatomeen mehr als ein Lhcx Protein. Daher wollen wir gezielt die verschiedenen Lhcx Proteine in der zentrischen Diatomee Thalassiosira pseudonana untersuchen, deren Genom sequenziert, und die transformierbar ist. Einerseits sollen aus dem Wildtyp Subpopulationen der FCPa Komplexe aufgetrennt werden und mittels Massenspektrometrie die verschiedenen Lhcx Proteine in den FCPa-Subpopulationen identifiziert werden. T. pseudonana Zellen sollen dann mit Genen für getaggte Varianten der so als relevant identifizierten Lhcx Proteine transformiert werden, um die spezifischen FCPa Komplexe mittels Affinitätschromatographie in Reinform zu isolieren und biochemisch charakterisieren zu können. Diese Komplexe sollen dann unter verschiedenen Bedingungen, die in vivo für das NPQ relevant sind, wie z.B. Änderungen des Proteinabstands, des pHs oder des Diatoxanthingehalts, spektroskopisch bezüglich der Fluoreszenzausbeute charakterisiert werden. Zudem werden für die gleichen Lhcx Proteine knock-down Mutanten erstellt werden, die auf ihr NPQ-Verhalten mittels Fluoreszenzkinetiken und Pigmentanalysen hin untersucht werden. Zusammen werden die in vivo und in vitro Daten dazu dienen, die Funktion der unterschiedlichen Lhcx Proteine in dem Lichtschutzmechanismus aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professorin Dr. Maria Mittag; Professor Dr. Josef Wachtveitl