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Projekt
Interaktion von Schwefel- und Stickstoffhaushalt: Die Bedeutung verschiedener Serin-Quellen für die Synthese von Cystein
Antragsteller
Professor Dr. Heinz Rennenberg; Professor Dr. Andreas P.M. Weber
Fachliche Zuordnung
Pflanzenphysiologie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260023971
Die Aminosäure Cystein ist Vorstufe aller reduzierten organischen Schwefel-Verbindungen in Pflanzen, wie zum Beispiel Methionin, Glutathion und Glucosinolate; sie ist essentiell für die Proteinbiosynthese. Cystein wird aus reduziertem Schwefel und der organischen Vorstufe O-Acetylserin synthetisiert, wobei die letztere Verbindung durch das Enzym Serin Acetyltransferase aus der Aminosäure Serin und Acetyl Coenzym A gebildet wird. Inzwischen sind alle für die Cystein-Biosynthese benötigten Enzyme sowie die entsprechenden Gene bekannt. Es ist jedoch noch weitgehend unbekannt, auf welchem Weg das für die Cystein-Biosynthese benötigte Serin bereitgestellt wird. Weiterhin ist unbekannt wie der Bedarf an O-Acetylserin mit dem Kohlenstoff- und Stickstoffmetabolismus der Pflanze koordiniert wird. Ziel des vorliegenden Foschungsvorhabens ist es, die relative Bedeutung der chloroplastidären/plastidären und mitochondrialen Wege der Serin-Biosynthese für die Bereitstellung von O-Acetylserin für die Cystein-Biosynthese in A. thaliana aufzuklären. Weiterhin sollen die Gene und die Phytohormone identifiziert werden, welche die Koordination zwischen Cystein-Biosynthese sowie Kohlenstoff- und Stickstoffmetabolismus orchestrieren. Hierzu werden die folgenden Hypothesen experimentell überprüft: (i) Serin, das im Verlauf der Photorespiration in den Mitochondrien gebildet wird, ist die dominante Vorstufe für die Cystein-Biosynthese in autotrophen Geweben im Licht; (ii) in autotrophen Geweben im Dunklen sowie in heterotrophen Geweben dominiert der chloroplastidäre/plastidäre Weg der Serin-Biosynthese; (iii) die relativen Anteile der beiden Wege der Serine Synthese an der Cystein Bildung werden durch Phytohormone (insbesondere Cytokinine) sowie auf der Ebene der Genexpression reguliert. Um diese Hypothesen zu testen, nutzen wir etablierte und neue Mutanten mit Defekten in der Photorespiration sowie der Serin-Biosynthese. Weiterhin werden wir im Wildtyp den Fluss durch den photorespiratorischen Weg durch Änderungen des Sauerstoffpartialdrucks modulieren und somit die Rate der Produktion von photorespiratorischem Serin variieren. Mutanten und Wildtypen werden Bedingungen ausgesetzt, die erhöhten Cystein Bedarf induzieren und dann auf den Ebenen des Metabolismus, der Phytohormone, sowie der Genexpression vergleichend analysiert. In der Zusammenschau werden die erhaltenen Ergebnisse den Weg der Kohlenstoff- und Stickstoffversorgung der Cystein Biosynthese unter verschiedenen physiologischen Bedingungen und bei unterschiedlichem Cystein Bedarf aufklären.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Japan
