Untersuchung der Mechanismen von Kohlenstoffdioxid-Sensing und Signaltransduktion bei der Antwort der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii auf Kohlenstoffdioxid-Mangel

• Antragsteller: Professor Dr. Olaf Kruse
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518659678

Der Anpassungsmechanismus, welcher von phototrophen Organismen verwendet wird, um ihre Lichtsammel-Kapazität auf das Angebot an Licht und CO2 abzustimmen ist hoch komplex und findet auf verschiedenen Zeitskalen und unter Einbindung verschiedener zellulärer Kompartimente statt. Ein andauernder Stress, der durch ein Ungleichgewicht von Licht-/Kohlenstoffangebot und Lichtsammelkapazität gekennzeichnet ist, aktiviert Langzeit-Akklimatisations-Prozesse mit einer stöchiometrischen Anpassung der photosynthetischen Maschinerie, beruhend auf modulierter Genexpression, die eine störungsfreie Kohlenstoffdioxid-Fixierung wieder ermöglicht. Eine Hauptzielstruktur dieser Mechanismen sind kernkodierte Photosystem II-assoziierte Lichtsammelproteine (LHCBM). Ein plötzlicher Abfall der CO2-Verfügbarkeit erhöht den Anregungsdruck auf Photosystem II und aktiviert Mechanismen der nicht-photochemischen Fluoreszenzlöschung, was zu einer schnellen Entlastung führt. Prolongierter Mangel führt jedoch zu einer Relaxation der Fluoreszenzlöschung, wobei dieser Schutzmechanismus dann durch Langzeitanpassungsmechanismen wie der Verkleinerung der Lichtsammelantenne ersetzt wird. In einem vorherigen DFG-Projekt wurde gezeigt, dass die Verkleinerung der Lichtsammelantenne mechanistisch auf der Translations-Repression von LHCBM-kodierenden Transkripten beruht und so effektiv den Anregungsdruck entlastet. Dieser Prozess erfordert eine Akkumulation des Translationsrepressors NAB1 über die Aktivierung seines nukleären Promoters, was wiederum von einem retrograden Signal mit der Beteiligung photosynthetischen Elektronentransports abhängt. Im Zentrum dieses genetischen Regelkreises steht der neu identifizierte Transkriptionsfaktor LCRF (low carbon dioxide response factor), der durch CO2-Mangel induziert wird und essentiell für die NAB1-Promoteraktivierung ist. Basierend auf diesen Entdeckungen werden wir über die Identifizierung neuer regulatorischer Komponenten untersuchen, wie eine Mikroalge CO2-Mangel perzipiert und wie dieses Signal an den Kern weitergeleitet wird, um die Expression photosynthetischer Gene zu modulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen