Biochemische und physiologische Funktionen des plastidären Transportproteins Brittle1(BT1) in mono- und dikotylen Pflanzen
Final Report Abstract
In der gesamten Förderperiode wurden verschiedene Brittle1 Transportportproteine aus Mono- und Dikotyledonen biochemisch, physiologisch und phylogenetisch mit Hilfe neuester molekularbiologischer Techniken charakterisiert. Dabei lässt sich das Gesamtprojekt in verschiedene Teilbereiche untergliedern. Im Rahmen dieses Projektes konnte eine umfangreiche biochemische Charakterisierung des Bt1 Proteins aus Zea mays (ZmBt1) durchgeführt werden. Durch eine vergleichende Analyse der Codon-Usage konnten für die Expression von ZmBt1 in E. coli problematische Codons ermittelt und durch die Wahl eines geeigneten Expressionsstammes (E.coli Rosetta) dessen heterologe Expression optimiert werden. Neben der gesteigerten Expression wurde mit diesem Stamm auch eine deutlich höhere Proteinaktivität erzielt, die erstmals eine biochemische Charakterisierung von ZmBt1 ermöglichte. Dadurch konnte für ZmBt1 die physiologische Funktion eines ADP-Glukose Transporters im Stärkestoffwechsel des cerealen Endosperms monokotyler Graminaceen nachgewiesen werden. Interessanterweise konnte gezeigt werden, dass dieser Transporter im spezialisierten Stärkestoffwechsel der Graminaceen den Import zytosolisch gebildeter ADP-Glukose in die Speicheramylopfasten im Gegentausch mit plastidärem ADP katalysiert. Weiterhin konnten für dieses Protein erste Hinweise auf eine mögliche Regulation durch das plastidäre Ferredoxin/Thioredoxin-System ermittelt werden. Durch die molekulare, biochemische und physiologische Charakterisierung des Btl Proteins aus der dikotylen Pflanze Arabidopsis thaliana (AtBt1) konnte eine zu ZmBt1 alternative Funktion dieses Bt1 Homologes im Nukleotidstoffwechsei nachgewiesen werden. Die physiologische Funktion von AtBt1 besteht in dem Export von de novo synthetisierten Adeninnukleotiden AMP, ADP und ATP aus den Piastiden. Da die de novo Purinnukleotid-Biosynthese exklusiv in den Piastiden statt findet, wurde im Genom von Zea mays nach einer weiteren Bt1 Isofonn mit gleicher physiologischer Funktion gesucht. Nach Identifizierung von ZmBXA-2 konnten durch Expressionsanatysen, Studien zur subzellulären Lokalisierung und durch eine biochemische Charakterisierung diese zu den bisher analysierten, dikotylen Vertretern identische Funktion bestätigt werden. Aufgrund der im Rahmen dieser Doktorarbeit ermittelten Daten zu ZmBt1, ZmBtl-2 und AtBt1 in Verbindung mit den biochemischen Analysen zu den Brittle-Homologen OsBt1-2 und OsBt1-3, den Ergebnissen zu StBt1 und einer phylogenetischen Analysen dieser Bt1 Homologe mit weiteren mono- und dikotyledonen Vertretern konnte eine Einteilung der Bt1 Homologe in zwei Klassen vorgenommen werden. Die erste Klasse ist sowohl in Mono- und Dikotylendonen vertreten und in deren Nukleotidstoffwechsei eingebunden; die zweite Klasse kommt dagegen nur in monokotylen Graminaceen vor und ist dort im spezialisierten Stärkestoffwechsel von Bedeutung.
Publications
- (2005) Identification and characterization of a novel plastidic adenine nucleotide uniporter from Solanum tuberosum. J. Biol. Chem. 280: 17992-18000
Leroch M., S. Kirchberger, I. Haferkamp, M. Wahl, H. E. Neuhaus, and J. Tjaden
- (2007) Molecular and biochemical analysis of the plastidic ADP-glucose transporter (ZmBTI) from Zea mays. J. Biol. Chem. 282: 22481-22491
Kirchberger S., M. Leroch, M.A. Huynen, M. Wahl, H. E. Neuhaus, and J. Tjaden
- (2008) Characterization ofthe Arabidopsis Brittlel transport protein and impact of reduced activity on plant metabolism. Plant J.. 56: 51-63
Kirchberger S., J. Tjaden, and H.E. Neuhaus
