Über den Ursprung der pflanzlichen Glycosyltransferase MGD1, die für die Synthese des wichtigsten Chloroplastenlipids Monogalactosyldiacylglycerol verantwortlich ist

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Dörmann
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413898715

Die beiden Galactolipide Monogalactosyldiacylglycerol (MGDG) und Digalactosyldiacylglycerol (DGDG) sind die häufigsten Membranlipide in photosynthetischen Organismen einschließlich Pflanzen, Grünalgen und Cyanobakterien. In Pflanzen und Grünalgen wird MGDG durch die MGDG-Synthase MGD1 synthetisiert. Basierend auf der Identifizierung von MGD1-verwandten MGDG-Synthasen in dem anoxygenen photosynthetischen Bakterium Chloroflexus wurde zusammen mit früheren phylogenetischen Analysen vorgeschlagen, dass MGD1 aus Pflanzen/Grünalgen von einem ursprünglichen Chloroflexi Bakterium durch horizontalen Gentransfer stammt, nicht jedoch aus dem cyanobakteriellen Vorläufer von Chloroplasten. Unsere phylogenetischen Analysen zeigten das Vorhandensein von zusätzlichen MGD1-ähnlichen Sequenzen in Bakterien, d.h. in dem photosynthetischen Purpurbakterium Blastochloris viridis und dem thermophilen Caldilinea aerophila. B. viridis MGDG-Synthase stellt das erste MGD1-ähnliche Gen aus einem Proteobakterium dar. Diese MGDG-Synthasen sind näher verwandt mit dem pflanzlichen MGD1 als die Chloroflexus MGD1-Sequenz. B. viridis enthält zwei und C. aerophila ein MGD1-ähnliches Gen. Zusätzlich enthält C. aerophila eine zweite Sequenz, die mit der Glucosylgalactosyldiacylglycerol (GlcGalDG)-Synthase aus Chloroflexus verwandt ist. Vorläufige Ergebnisse zeigten, dass diese Gene Glycosyltransferasen kodieren, die nach Expression in E. coli Galactolipide synthetisieren. Im vorliegenden Projekt werden die Substratspezifitäten der vier rekombinanten Enzyme aus B. viridis und C. aerophila im Detail charakterisiert. Wir werden zwei der Enzyme, die DGDG synthetisieren können, in Galactolipid-defiziente Arabidopsis Mutanten (mgd1, dgd1) zur Komplementation transferieren. Interessanterweise kodiert eins der Enzyme aus B. viridis für eine prozessive MGDG-Synthase, die Diacylglycerol in DGDG umwandelt, ohne jedoch MGDG zu akkumulieren. Dieses Gen wird in die Arabidopsis mgd1 Mutante eingeführt, um eine Linie zu erzeugen, die DGDG, jedoch nicht MGDG enthält. Zusammengenommen werden wir funktionelle Beweise für die Hypothese sammeln, dass das pflanzliche MGD1 Gen evolutionär von einer Caldilinea MGDG-Synthase abgeleitet ist, und wir werden die spezifische Rolle von MGDG in Pflanzen untersuchen, indem wir eine neue MGDG-freie, DGDG enthaltende Pflanzenlinie herstellen und charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen