Funktion des PsbS Proteins in Chlamydomonas reinhardtii

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Jahns
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288499712

Die Wärmedissipation überschüssiger Anregungsenergie (NPQ) imStarklicht (HL) ist ein wichtiger photoprotektiver Mechanismusphotosynthetischer Organismen zur Minimierung photo-oxidativeSchädigungen durch reaktive Sauerstoffspezies. In Landpflanzen fälltdem Photosystem II (II) Protein PsbS eine Schlüsselrolle bei derRegulation des NPQ zu. PsbS fungiert als Sensor des Lumen pH undkontrolliert darüber NPQ-relevante Konformationsänderungen in derPSII Antenne. In der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii dagegendienen LHCSR Proteine als pH-Sensoren und Regulatoren des NPQ.Die Aktivierung des NPQ erfordert eine mehrstündige HLAkklimatisation, während der die LHCSR Proteine erst synthetisiertwerden. Die Rolle von PsbS in C. reinhardtii ist noch unklar. Wirkonnten zeigen, dass PsbS nur transient während der ersten 4-8 hder HL Akklimatisation exprimiert wird und danach schnell wiederabgebaut wird. PsbS ist in der Thylakoidmembran lokalisiert undinteragiert mit PSII. Die PsbS Akkumulation erfolgt dabei parallel mitLHCSR Akkumulation und NPQ Aktivierung. Herabregulation vonPsbS führt zur Reduktion von LHCSR Akkumulation und NPQKapazität. In Abwesenheit der LHCSR Proteine kann PsbS nicht dieRolle von LHCSR bei der NPQ Aktivierung ersetzen und auch durcherhöhte PsbS Mengen lässt sich die NPQ Kapazität nicht steigern.PsbS ist daher nicht essentiell für das NPQ, hat aber wohl einewichtige Rolle bei der Etablierung des NPQ im Zuge der HLAkklimatisation. Zudem ergaben sich Hinweise auf einephotoprotektive Funktion von PsbS, die nicht im Zusammenhang mitdem NPQ steht. Die geplanten Arbeiten dienen dem Ziel, die Funktionvon PsbS in C. reinhardtii im Detail aufzuklären. Dabei sollenfolgende zentrale Punkte verfolgt werden: 1. Herstellung stabilerPsbS Knockout-Linien mittels CRISPR-Cas9 und derenCharakterisierung hinsichtlich NPQ und HL Akklimatisation. Bislangwurden nur PsbS Knock-down Linien untersucht. 2) Bestimmung der Interaktionspartner und der Stöchiometrie von PsbS und LHCSRProteinen. 3) Charakterisierung des PsbS Abbaus und dessenBedeutung für die HL Akklimatisation. 4) Charakterisierung von PsbSDynamik und HL Akklimatisation in Mutanten mit veränderten (NPQunabhängigen)photoprotektiven Mechanismen. 5) Bestimmung derPsbS Dynamik und HL Akklimatisation unter natürlichen,fluktuierenden (Stark)-Lichtbedingungen. Die meisten bisherigenArbeiten zur HL Akklimatisation von C. reinhardtii wurden mit Zellendurchgeführt, die unter unnatürlichen Dauerlicht-Bedingungen ohneDunkelphasen gewachsen sind. Die Einbeziehung von Dunkelzeitenund die Verwendung wechselnder Lichtintensitäten lassen spannendeErkenntnisse bezüglich natürlicher Standorte erwarten, insbesondereim Hintergrund der Dynamik von PsbS und LHCSR Akkumulation. DieCharakterisierung von Mutanten mit Defekten in NPQ-unabhängigenphotoprotektiven Mechanismen werden zudem Aufschluss über dieEinbindung von PsbS in das photoprotektive Netzwerk von C.reinhardtii geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen