Untersuchungen zur Struktur und Funktion von photosynthetischen Proteinen in Eukaryoten

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit den molekularen Mechanismen der Anpassung von photosynthetischen Organismen an unterschiedliche Lichtbedingungen. Hierbei stehen Diatomeen (Kieselalgen, Prof. C. Büchel) und Samenpflanzen (Dr. L. Dietzel) im Fokus.

Regulation der Lichtsammlung bei Diatomeen

Diatomeen sind einzellige, eukaryotische Algen, die aus zwei Gründen interessant sind: sie sind für ca. 25% der weltweiten Primärproduktion verantwortlich und stellen eine dauerhafte Kohlenstoffsenke im Bereich der Ozeane dar. Schwerpunkt sind Fragen zur Regulation der sogenannten Lichtreaktionen der Photosynthese, vor allem zu dem effizienten und schnellen Umschalten von Lichtsammlung zu Lichtschutz. Letzteres ist für aquatische Organismen ohne eigene Fortbewegungsmöglichkeit extrem wichtig, und ein entscheidender Faktor für ihr großes Vorkommen z.B. im marinen Plankton. Diatomeen sind genetisch manipulierbar, so dass molekularbiologische Methoden zur Überexpression von getaggten Proteinen oder das Ausschalten der Expression eines bestimmten Gens (RNAi oder Antisense) von uns genutzt werden. Daneben werden allgemein biochemische und spektroskopische Methoden verwendet, um die der Funktion zu Grunde liegende Struktur und die Zusammenarbeit der beteiligten Membranproteine aufzuklären. Zur Visualisierung der Struktur der Proteine dient auch die Elektronenmikroskopie.

Die Rolle von Photorezeptoren in der Lichtregulation von Diatomeen

Licht wird nicht nur zur Photosynthese genutzt, sondern wird auch über Rezeptoren zur Steuerung der Genexpression verwendet. Diatomeen besitzen Gene für verschiedene Cryptochrome, Proteine deren Funktion die DNA Reparatur oder besagte Rezeptorfunktion beinhaltet. Für eines dieser Proteine, CryP, konnten wir eine Beteiligung an der Regulation der verschiedenen Lichtantennenproteine zeigen.

Diatomeen in der Biotechnologie

Diatomeen sind zudem auf Grund ihrer hohen Lipidproduktion und der Anreicherung an mehrfach ungesättigten Fettsäuren biotechnologisch interessant. Ein weiteres Projekt beschäftigt sich daher mit gentechnologischen Methoden zur Erhöhung der Triacylglycerid (Fett) Produktion (Patentanmeldung10 2011113 283.3).

Eingebunden sind diese Projekte eine Forschergruppe der DFG (Specific light driven reactions in unicellular model algae, FOR 1261, http://www.uni-jena.de/en/DFG_Research__Group_1261.html) und in ein Marie Curie Training and Research Network der EU, “Solar Energy to Biomass – Optimisation of light energy conversion in plants and microalgae- SE2B“ (http://se2b.eu/), welches von uns koordiniert wird . Zudem bestehen enge Kooperationen innerhalb (Prof. Wachtveitl, FB14, Prof. Sandmann und Prof. Bode, FB15) und außerhalb der Universität (im Rahmen der genannten Kooperationsprojekte).