DBG · Nachwuchsförderung

Friedrich Kirsch

Friedrich Kirsch erhielt den Preis für die beste botanische Master-Arbeit, die an der Universität Rostock im Jahr 2014 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.

Titel der ausgezeichneten Arbeit

"Integration des cyanobakteriellen Glyceratwegs aus Synechocystis sp. PCC6803 in die Photorespiration von Arabidopsis thaliana"

Er fand einen cyanobakteriellen "Bypass" der pflanzlichen Photorespiration

Der Stoffwechselweg der Photorespiration wird häufig als ein energieaufwendiger Prozess mit geringem „Nutzen“ für den pflanzlichen Metabolismus angesehen. Erforderlich ist die Photorespiration aufgrund einer Nebenreaktion des Enzyms Ribulose-1,5-bisphosphat Carboxylase/Oxygenase (kurz: RuBisCO), welches die Eingangsreaktion der photosynthetischen CO2-Fixierung katalysiert. Bei dieser Nebenreaktion entstehen toxische Verbindungen, welche durch den Zyklus der Photorespiration abgebaut werden. Daher ist die Photorespiration absolut essentiell für eine funktionierende Photosynthese. Fraglich ist, inwiefern die Photorespiration, deren Reaktionen sich über  mehrere zelluläre Kompartimente erstrecken, auch in andere Bereiche des Stoffwechsels eingreift.

Auch die Cyanobakterien, eine evolutiv sehr alte Gruppe von Organismen und Vorläufer der Chloroplasten, betreiben Photorespiration. Dabei haben sie neben dem Weg, wie er in höheren Pflanzen vorkommt, noch zwei andere Routen zum Abbau der giftigen Metabolite. Bei dieser endosymbiotischen Chloroplastenentstehung wurde vermutlich auch der Prozess der Photorespiration übernommen, während die anderen beiden cyanobakteriellen Routen vermutlich „verloren“ gegangen sind.

In der Masterarbeit wurde der Versuch unternommen, einen dieser Wege, den sogenannten Glyceratweg, in die Modellpflanze Arabidopsis thaliana einzubringen. Dazu wurden Gene aus dem Cyanobakterium Synechocystis sp. in das Genom der Pflanzen integriert. Auf diese Weise wurde angestrebt, die Photorespiration über einen „Bypass“ zu beschleunigen. Wäre die Photorespiration „nur“ für den Abbau toxischer Stoffwechselprodukte verantwortlich, hätte daraus möglicherweise ein verbessertes Wachstum der Pflanzen resultieren können. Wie sich jedoch zeigte, scheint durch die gentechnisch eingebrachte Route eher eine Störung der zellulären Prozesse vorzuliegen. Zumindest wiesen jene Pflanzen ein verringertes Wachstum und eine verringerte Photosyntheserate auf, in denen die höchste Expression der cyanobakteriellen Gene auftrat.

Zusammenfassend liefert die Arbeit Hinweise darauf, dass sich ein verringerter photorespiratorischer Flux eher negativ auf die Leistung der Pflanze auswirkt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Photorespiration im Verlauf der Evolution in vielfältiger Weise mit dem pflanzlichen Stoffwechsel verflochten wurde.

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Friedrich Kirsch fertigte die Arbeit in der Abteilung Pflanzenphysiologie unter der Betreuung von Professor Martin Hagemann und Professor Hermann Bauwe an.