Die zelluläre Rolle von Aureochromen, neuartigen Blaulichtrezeptoren, in Diatomeen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Kroth; Professor Dr. Christian Wilhelm
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444745657

Diatomeen sind einzellige Algen und extrem erfolgreich in aquatischen Ökosystemen. Evolutionär stellen sie chimäre Zellen dar, die durch Aufnahme einer eukaryotischen Rotalge in eine eukaryotische Zelle entstanden sind. Dementsprechend weisen Diatomeen einen anderen genetischen Hintergrund auf als Grünalgen und Landpflanzen. Diatomeen und verwandte Algen innerhalb der Gruppe der Stramenopiles besitzen Photorezeptoren (Aureochrome), die nur bei diesen Algen zu finden sind. Im Gegensatz zu anderen Photorezeptoren, sind Aureochrome licht-induzierte Transkriptionsfaktoren, die neben einer LOV-Domäne auch eine DNA-bindende bZIP-Domäne aufweisen. Unsere bisherigen Arbeiten an der Diatomee Phaeodactylum tricornutum zeigen, (i) dass diese Alge vier verschiedene Aureochrome aufweist, (ii) dass Aureochrome die Licht-Akklimatisierung steuern, und (iii) dass das Ausschalten eines einzelnen Aureochrome-Gens (PtAureo1a) zu einer dramatischen und massiven Reduktion der Transkriptionsregulation führt, wenn die Algen von Rot- nach Blaulicht überführt werden. Daher postulieren wir, dass PtAUREO1a einen „Master-Switch“ für Blaulicht-Antworten darstellen könnte. In diesem Projekt wollen wir dementsprechend anhand von PtAureo Knockout-Mutanten herausfinden, wie die verschiedenen Aureochrome, die sich nicht komplementieren können, zelluläre Prozesse regulieren. Das Projekt ist in zwei Bereiche gegliedert: Im ersten Subprojekt wollen wir globale Aspekte der PtAureo1-Mutanten untersuchen, in dem wir die Transkriptome von PtAureo1c/2 Knockout-Zelllinien auf Rot/Blaulicht-Wechsel charakterisieren. Des weiteren wollen wir zum Einen die verfügbaren Knockout und WT-Linien intensiv physiologisch untersuchen, zum anderen, herausfinden, welche Effekte verschiedene Lichtbedingungen (Sinuslicht) und Lichtfarben (unterschiedliche Rot/Blau-Anteile) auf die kompetitive Fitness von WT und KO Linien bei unterschiedlichen Stressbedingungen haben (z.B. N-bei Mangel). Schließlich wollen wir untersuchen, ob in den KO Mutanten das Metabolom ähnlich stark durch Blaulicht beeinflusst wird, wie in Wildtyp-Zellen. Im zweiten Subprojekt wollen wir die Aureochrome funktionell untersuchen, so sollen Promotor-Bindestellen von Aureochromen identifiziert werden, sowie mögliche interagierende Transkriptionsfaktoren. Mit Yeast-One-Hybrid-Ansätzen sollen PtAureo/Promotor-Interaktionen untersucht werden, sowie die Rolle der Aureochrom-Dimerbildung auf die Regulationsprozesse. Dieses Projekt basiert auf einer engen Zusammenarbeit der Arbeitsgruppen Wilhelm und Kroth, die zusammen bereits grundlegende Arbeiten zu Aureochromen sowie der physiologischen und molekularen Analyse von Diatomeen vorlegen konnten. Ziel dieses Projekt die Charakterisierung dieser neuen und ungewöhnlichen Photorezeptoren, verbunden mit der Frage, wie Algen Licht wahrnehmen und wie sie darauf reagieren können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen