Einfluss der Fettsäure Desaturierung auf die Membranstruktur des Thylakoiden und das Nicht-photochemische Quenching der Chlorophyll a Fluoreszenz

• Antragstellerin: Dr. Monique Matzner
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544914412

Der Unsättigungsgrad von Membranlipiden ist wichtig für die Membranfunktion, da er die Membranfluidität und die laterale Diffusion von Proteinkomplexen innerhalb Membran kontrolliert. Die Unsättigung von Monogalaktosyldiacylglycerin (MGDG), dem Hauptbestandteil der photosynthetisch aktiven Thylakoidmembranen, wird in Arabidopsis thaliana in erster Linie durch plastidäre Fettsäuredesaturasen, FAD5, FAD6, FAD7 und FAD8, beeinflusst. Die Ergebnisse meiner Dissertation zeigen, dass die Arabidopsis-Mutante fad3, der es an der Bildung mehrfach ungesättigter Fettsäuren im ER mangelt, erhöhte Mengen an MGDG im Plastid aufweist, möglicherweise als Teil eines Mechanismus zur Mobilisierung mehrfach ungesättigter Fettsäuren für den Export aus den Plastiden. Obwohl der Knockout von FAD3 keine Auswirkungen auf die Unsättigung von MGDG hat, zeigt die Mutante ein verändertes nicht-photochemisches Quenching (NPQ) in Plastiden, eines der wichtigsten photoprotektiven Mechanismen in Pflanzen. Im Gegensatz dazu führen der Knockout der plastidär lokalisierten FAD6 (fad6-Mutanten) und der dreifache Knockout von FAD3, FAD7 und FAD8 (fad378-Mutanten) nicht zu Veränderungen der MGDG-Abundanz, sondern zu einer geringeren MGDG-Unsättigung. Während jedoch Veränderungen der Lipideigenschaften in den fad6-Mutanten auch zu niedrigen NPQ-Werten führen, zeigen fad378-Mutanten normale NPQ-Werte. Da der NPQ die Aktivität mehrerer Einzelkomponenten zusammenfasst, konnten erste weiterführende Untersuchungen des Xanthophyll-Zyklus, als eine der NPQ-Komponenten, einen Zusammenhang zwischen niedrigen NPQ-Werten in fad3-Mutanten und einer gehemmten De-Epoxidation der Pigmente des Xanthophyll-Zyklus herstellen. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Funktionen innerhalb der Thylakoidmembranen durch biophysikalische Eigenschaften der Membranlipide beeinflusst werden. Da die Funktion des Xanthophyll-Zyklus in den fad6-Mutanten nicht verändert ist, könnte dies außerdem bedeuten, dass die Funktion einzelner NPQ-Komponenten von bestimmten Membranbedingungen abhängt. Untersuchungen weiterer einzelner NPQ-Komponenten, wie das High-State-Energy-Quenching, State-Transition oder Photoinhibition, könnten anhand ihrer variierender Relaxationszeiten Aufschluss über ihren funktionellen Beitrag zur Photoprotektion von Pflanzen geben, die in ihrer Lipid-Unsättigung verändert sind. Darüber hinaus kann eine umfassendere Analyse der Eigenschaften der Thylakoidmembran in fad-Mutanten, wie z. B. die Abundanzen und Unsättigungsgrade der anderen Thylakoidlipide, die Membranfluidität und Membranintegrität, Erklärungen dafür liefern, warum bestimmte NPQ-Komponenten gestört sind. Die Walter-Benjamin-Stelle an der Universität Leipzig würde mir die Möglichkeit geben, den Einfluss der Lipidunsättigung auf Membraneigenschaften zu untersuchen und in unterschiedlichen Aspekten mit der Pflanzenphysiologie zu verbinden und damit einen wichtigen Beitrag zur Membranforschung zu leisten.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle