Bestimmen GFP-ähnliche Proteine die Anpassungsfähigkeit riffbildender Steinkorallen?
Final Report Abstract
Korallenriffe gehören zu den wichtigsten marinen Ökosystemen. Die habitatbildenden Arten, die Steinkorallen, sind in ihrem Bestand durch verschiedene Formen von Umweltstress gefährdet. Das vorliegenden Projektes sollte das Verständnis der biologischen Funktion der sogenannten GFP (Green Fluorescent Protein)-ähnlichen Proteine vertiefen, denen Korallen oftmals ihre Färbung verdanken. Darüberhinaus sollte deren Bedeutung für die Anpassungsfähigkeit der Korallen untersucht werden. Wir konnten beweisen, dass die Expression der Proteinfarbstoffe in vielen Arten auf transkriptioneller Ebene durch Blaulicht reguliert wird. Die Konzentration von rot- und grünfluoreszierenden Proteinen im Gewebe von Korallen wie Acropora millepora steigt nahezu proportional mit der Menge des eingestrahlten Lichtes an. Diese Ergebnisse stützen die Hypothese, das den Fluoreszenzproteinen in riffbildenden Korallen eine Lichtschutzfunktion zukommt. In einigen Arten, zum Beispiel in Korallen aus Schwachlichthabitaten, bleibt die Expression der Farbstoffe jedoch vom Licht unbeinflusst. Interessanterweise ist hier die Menge an Blaulicht für post-translationale Veränderungen der Farbstoffe veranwortlich, welche entscheiden, ob die Pigmente grün- oder rot fluoreszieren. Überraschend war die Vielzahl der Farbstoffgene, die sich in bestimmten Individuen finden: Unsere Ergebnisse deuten an, dass A. millepora mehr als 50 Gene besitzt, die GFP-ähnliche Proteine kodieren. Durch die molekulare Charakteriserung einer Vielzahl dieser Proteine konnte auch die Evolution der Farbstoffen nachgezeichnet werden. Unsere Ergebnisse hinsichtlich der Biochemie der Farbstoffe, ihres Vorkommens und ihrer Regulation deuten an, dass neben der Photoprotektion bestimmten Gruppen von GFP-ähnlichen Proteinen weitere Funktionen zukommen. Das Projekt konnte damit massgebliche Beiträge zum Verständniss der Photobiologie von Steinkorallen und deren Anpassung an die unterschiedlichen Lichtbedingungen in Riffhabitaten leisten. Ein grosse Bedeutung für den Korallenriffschutz könnte aus der praktische Anwendung der Projektergebnisse erwachsen: Die Ausnutzung der Farbstoffe als Biosensoren für das Monitoring von Umweltbedingungen in Korallenriffen. Dahingehende Untersuchungen werden in Rahmen von drei bewilligten Folgeprojekten durchführt. Die wissenschaftlichen Publikationen wurden von zahlreichen populärwissenschaftliche Aufsätzen, Pressemitteilungen, und Internetpräsentationen begleitet. Die Pressemitteilungen fanden ein weite Verbreitung über Internetpresseagenturen und wurden zum Bespiel von „Plant Earth Online“ und „New Scientist“ aufgegriffen. Zwei Publikationen wurden zum „Paper of the month“ ausgewählt.
Publications
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(2007). Analysis of fluorescent and non-fluorescent sea anemones from the Mediterranean Sea during a bleaching event. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 353, 221–234
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(2007). Contributions of host and symbiont pigments to the coloration of reef corals. FEBS Journal, 274, 1102-1122
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(2007). It’s cheap to be colorful: Anthozoans show a slow turnover of GFP-like proteins. FEBS Journal, 274, 2496–2505
Leutenegger, A., D’Angelo, C., Matz, M.V., Denzel, A., Oswald, F., Salih, A., Nienhaus, G.U. & Wiedenmann, J.
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(2008). A Green Fluorescent Protein with Photoswitchable Emission from the Deep Sea. PLoS ONE 3(11), e3766
Vogt, A., D'Angelo, C., Oswald, F., Denzel, A., Mazel, C. H., Matz, M. V., Invanchenko, S., Nienhaus, G. U., & Wiedenmann, J.
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(2008). Blue light regulation of host pigment in reef-building corals. Mar. Ecol. Prog. Ser. 364, 97-106
D’Angelo, C.; Denzel, A.; Vogt, A.; Matz M. V.; Oswald, F.; Salih, A.; Nienhaus, G.-U. & Wiedenmann, J.
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(2008). Diversity and evolution of coral fluorescent proteins. PLoS ONE 3(7): e2680
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(2011) Fluorescence of coral larvae predicts their settlement response to crustose coralline algae and reflects stress. Proc. R. Soc. B
Kenkel, C. D., Traylor, M. R., Wiedenmann, J., Salih, A. and Matz M. V.
