MeerWand: Untersuchung des Einflusses von Umweltfaktoren auf den Umbau der Zellwände im grünen Seetang Ulva sp.

• Antragsteller: Professor Klaus Herburger, Ph.D.; Professor Dr. Ulf Karsten
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520755331

Seetange, wie die weltweit vorkommende Makroalge Ulva sp. (Chlorophyta), sind in ihren Küstenlebensräumen regelmäßig rauen Umwelteinflüssen ausgesetzt, können aber dennoch beachtliche Biomasse-Bestände etablieren, die aufgrund ihrer Opulenz als die „grünen Gezeiten“ („green tides“) bekannt sind. Den Hauptanteil dieser Algen-Massenbestände machen mehrschichtigen Zellwänden aus, die jede Algen-Zelle umgeben und bis zu ~60% der Biomasse ausmachen können. Zellwände bestehen zu einem großen Teil aus Polysacchariden und fungieren als die einzige physische Barriere zwischen den empfindlichen Protoplasten und der Umwelt. Dementsprechend sind Zellwände ein Schlüsselelement im Überleben von Umweltstress, indem sie beispielsweise die Wasserhaltekapazität der Zellen erhöhen oder den Zellen und Thalli ein kontrolliertes Schrumpfen und Expandieren während Austrocknungs- und Rehydrierungs-Zyklen erlauben. Trotz der hohen Relevanz der Zellwand ist aber nach wie vor weitgehend unklar, wie die chemische Zusammensetzung und Architektur der Ulva-Zellwand auf externe abiotische Stressoren, wie zum Beispiel Wassermangel, reagieren. Dadurch ist eine fundamentale Wissenslücke gegeben, die uns stark in unserem Verständnis dafür einschränkt, wie Ulva-Arten in ihren Küstenlebensräumen trotz Stress eine hohe ökologische Präsenz aufrecht erhalten. Um diesen ökologischen Erlog von Ulva besser zu verstehen, werden wir in diesem Forschungsvorhaben ökophysiologische Experimente mit modernen, zum Teil neu entwickelten Methoden aus der Mikrokopie und chemischen Biologie kombinieren und untersuchen, wie Umweltfaktoren die Zusammensetzung, Architektur und den dynamischen Umbau der Ulva-Zellwand beeinflussen. Wir werden zunächst verschiedene Ulva-Thalli von der Ostsee-Küste sammeln und in stabilen Kulturen etablieren. Im Anschluss wird es uns der Bau einer Klimakammer ermöglichen, Ulva-Thalli genau definierten Wasser-, Temperatur- und Lichtstressoren auszusetzen. Abschließend werden wir mit verschiedenen bildgebenden Verfahren und chemischen Methoden visualisieren und quantifizieren (in vivo und in situ), welche chemischen und strukturelle Veränderungen in der Zellwand sich ändernde Umweltfaktoren induzieren. Wir rechnen damit, dass wir mit diesem interdisziplinären Zugang bisher unbekannte Formen der Zellwand-Reorganisation entdecken werden (z.B. einen enzymatischen Umbau von Zellwandbestandteilen), was uns besser verstehen lassen wird, wie Ulva auf Stress reagiert. Dieses Wissen wird in Zukunft wichtig für die Etablierung effizienter Seetang-Farmen sein, um die Biomasseproduktion zu maximieren, und eine Grundlage dafür bieten, die molekularen Grundlagen des Zellwand-Umbaues in Seetang zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen