Funktionelle Analyse der Dephytylierung und Rephytylierung des Chlorophylls

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Grimm
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459831070

Chlorophyll (Chl) absorbiert Photonen des sichtbaren Spektrums des Sonnenlichtes und ist ein wesentliches Pigment in den Proteinkomplexen des pflanzlichen Photosyntheseapparates. Bei nachteiligen Umweltbedingungen werden die Proteine der Photosynthese schnell photodynamisch geschädigt. Dabei treten vermehrt reaktive Sauerstoffspezies auf. Insbesondere das zentrale D1-Protein im Photosystem II ist gegenüber lichtbedingten Schädigungen sehr anfällig, wird aber in einem Reparaturzyklus durch neusynthetisiertes Protein ersetzt. Das Chl im neusynthetisierten D1-Protein kann durch Neusynthese aus dem Tetrapyrrolstoffwechsel oder aus einem möglichen Chl-Kreislauf (Chl-Recycling) stammen. Erst kürzlich wurde das Gen für CHLOROPHYLL DEPHYTYLASE1 (CLD1) identifiziert, wodurch nun der Weg für Untersuchungen zur Funktion von CLD im Chl-Recyceln oder im Chl-Abbau geebnet ist. In dem vorliegenden Antrag ist beabsichtigt, die Bedeutung von CLD für die Chl-Dephytylierung und von Chl-Synthase für die Rephytylierung des Chls während des D1 Reparaturzyklusses und dem Chl-Zusammenbau in den Chl-bindenden Proteinen der Photosysteme zu untersuchen. Das Ausschalten der beiden Enzyme beeinflusst die Photosyntheseleistung und die Stressverträglichkeit erheblich. Aber die molekularen Mechanismen des Chl-Kreislaufes sind nicht bekannt. Ziel des Antrags ist (1) die Aufklärung der spezifischen Funktion der drei CLD-Isoformen im Verlauf der Pflanzenentwicklung in Blättern und während der Samenreifung, (2) die Abschätzung des Beitrags von CLD am Chl-Recyclingprozess und beim Chl-Abbau im Vergleich zu dem bekannten Phäophorbid-a-Oxygenase/Phyllobilin Abbauweg und (3) der Nachweis von neuen Protein-Interaktionspartnern des CLD-Proteins und der Chl-Synthase. Zusammengefasst kann mit diesen Arbeiten die mögliche Arbeitshypothese des Chl-Wiederverwertungszyklus untersucht werden. Es wird erwartet, dass weitere Hilfsfaktoren für das Chl-Recycling identifiziert und die ersten regulatorischen Mechanismen dieses Vorgangs aufgeklärt werden. Diese Arbeiten können im Anschluss auch wertvolle Hinweise für die Optimierung der Chl-Nutzung zur Verbesserung der Photosyntheseleistung, des Ertrags und der Umweltanpassung der Photosynthese liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen