DBG · Nachwuchsförderung

Stefan Lucius (Universität Rostock)

Stefan Lucius erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Universität Rostock im Jahr 2018 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.

Titel der ausgezeichneten Arbeit

"Charakterisierung des Phänotyps von Arabidopsis-antisense-PGPase-Pflanzen nach Expression cyanobakterieller PGPasen"

In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit die Expression vier potentieller 2-Phosphoglykolat-Phosphatasen (PGPasen) aus dem Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 eine Komplementation des photorespiratorischen Phänotyps von Arabidopsis thaliana-antisense-PGPase-Pflanzen ermöglicht.

Phosphoglykolat-Phosphatasen (PGPasen) dienen in Cyanobakterien, Algen und Pflanzen als Eingangsenzyme des photorespiratorischen Zyklus, in dem das toxische Intermediat 2-Phosphoglykolat verstoffwechselt wird. Dieser Prozess ist für die Funktion der Photosynthese in einer O2-reichen Atmosphäre essentiell. In Voruntersuchungen wurden bis zu vier potentielle PGPasen in dem cyanobakteriellen Modellstamm Synechocystis sp. PCC 6803 beschrieben, die sich jedoch in ihrer Struktur vom entsprechenden pflanzlichen Enzym unterscheiden. Um herauszufinden, ob die phylogenetisch nicht verwandten cyanobakteriellen Enzyme tatsächlich als photorespiratorische PGPasen wirken können, wurden die cyanobakteriellen Gene nach Fusion mit einer N-terminalen Transitpeptidsequenz in Arabidopsis-Pflanzen exprimiert, die durch Antisense-Repression der pflanzlichen PGPase nur noch in Gegenwart erhöhter CO2-Mengen wachsen konnten. In der Masterarbeit wurden fünf bis zehn Individuen von 14 unabhängigen  transgenen Arabidopsis-Linien analysiert, die jeweils eine der vier cyanobakteriellen PGPasen exprimierten. Die Untersuchungen umfassten phänotypische Analysen, Photosynthesemessungen durch Bestimmung des Gaswechsels bzw. der Fluoreszenz, Proteinexpressionsanalysen durch Western-Blot sowie Metabolitanalysen durch LC-MS an Pflanzen während Anzucht unter Hoch-CO2-Bedingungen (1% CO2) und nach Umstellung auf Normalluft. Nach umfangreichen Voruntersuchungen war es schließlich möglich, sieben Arabidopsis-Linien zu identifizieren, welche nach Expression der cyanobakteriellen PGPasen Slr0458, Slr0586 beziehungsweise Sll1349 unter Normalluftbedingungen signifikant geringere 2-Phosphoglykolat-Gehalte zeigten als die PGPase-antisense-Kontrolllinie. Die partielle Komplementation der Arabidopsis-antisense-Linien scheint somit die Funktionalität der cyanobakteriellen PGPasen im photorespiratorischen Zyklus zu bestätigen.

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Stefan Lucius fertigte die Arbeit am Institut für Biowissenschaften, Abteilung Pflanzenphysiologie, in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Martin Hegemann an und wurde von Prof. Martin Hagemann/Dr. Stefan Timm betreut.