Balance zwischen Photoprotektion und Carotinoid-Biosynthese: Die Rolle spezialisierter Zeaxanthin-Epoxidasen im photosynthetischen Stoffwechsel von Diatomeen.

• Antragstellerin: Dr. Chiara Giossi
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 582859046

Kieselalgen gehören zu den wichtigsten Primärproduzenten der Erde. Sie dominieren aquatische Lebensgemeinschaften in turbulenten Gewässern, die durch schnelle und extreme Lichtschwankungen gekennzeichnet sind. Um unter diesen komplexen und hochvariablen Bedingungen zu gedeihen und lichtinduzierte Schäden zu vermeiden, nutzen diese Mikroalgen verschiedene Strategien. Eine davon erfordert den Xanthophyllzyklus, eine Carotinoid-Umwandlung, die von zwei antagonistischen Enzymen katalysiert wird: Violaxanthin-De-Epoxidase (VDE) und Zeaxanthin-Epoxidase (ZEP). Dieser Zyklus reguliert die photoprotektive Energiedissipation als Wärme in Form eines schnellen und hocheffizienten nicht-photochemischen Quenchings (NPQ). Kieselalgen besitzen mehrere Paraloge von VDE und ZEP, die nicht nur in der Photoprotektion, sondern auch in der Xanthophyll-Biosynthese involviert sind. Aufgrund dieser Doppelrolle muss die enzymatische Regulation des Xanthophyllzyklus kontinuierlich auf die physiologischen Bedürfnisse der Zelle abgestimmt werden. Während bislang VDE als primärer Regulator wahrgenommen wurde, deuten immer mehr Studien darauf hin, dass ZEPs entscheidende Akteuren des photoprotektiven Xanthophyllzyklus in vielen photosynthetischen Taxa sind, einschließlich Pflanzen und Algen. Bei Kieselalgen könnte diese Enzymfamilie zusätzlich das physiologische Gleichgewicht zwischen metabolischen und photoprotektiven Anforderungen beeinflussen. Kürzlich haben wir vorgeschlagen, dass zwei spezifische Isoformen, ZEP2 und ZEP3, diesen Prozess in der Modell-Kieselalge Phaeodactylum tricornutum orchestrieren. Das hier vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, die funktionellen Rollen der ZEP2- und ZEP3-Isoformen in der Regulation zwischen Carotinoid-Biosynthese und photoprotektivem Xanthophyllzyklus aufzuklären. Die Haupthypothese, basierend auf unserer bisherigen Arbeit, ist, dass diese Kieselalge die Funktionen zwischen ZEP2 und ZEP3 durch funktionelle Spezialisierung und/oder räumliche Trennung aufteilt. Um diese Modelle zu validieren, wird das Projekt die funktionelle Differenzierung von ZEP2 und ZEP3 durch die Analyse von vier wichtigen molekularen Eigenschaften untersuchen: enzymatische Aktivität, funktionelle Domänen, Proteinstabilität und regulatorisches Netzwerk. Darüber hinaus wird die Lokalisation von ZEP2 und ZEP3 innerhalb des Chloroplasten untersucht. Die verschiedenen ZEP-Isoformen von P. tricornutum teilen einige Ähnlichkeiten und einen gemeinsamen evolutionären Ursprung mit den Homologen von Landpflanzen und anderen Algen, weisen jedoch signifikante Unterschiede in ihren Proteindomänen und ihrer Regulation auf. Tatsächlich könnten diese Unterschiede als Anpassungen an hochvariable Umweltbedingungen entstanden sein. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Schlüsselmerkmale von ZEPs aufzuklären und zu verstehen, wie die Spezialisierung ausgewählter Isoformen zum ökologischen Erfolg dieses bedeutenden Mikroalgen-Taxons in variablen Lebensräumen beigetragen haben könnte.

• DFG-Verfahren: Stelle