Dokument: Inaktivierung des C4 Phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) Gens von Flaveria bidentis in planta und die Analyse der Evolution der PEPC Protein Kinase (PPCK) Genfamilie von Flaveria

Titel:	Inaktivierung des C4 Phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) Gens von Flaveria bidentis in planta und die Analyse der Evolution der PEPC Protein Kinase (PPCK) Genfamilie von Flaveria
Weiterer Titel:	In planta inactivation of the C4 phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) gene of Flaveria bidentis and evolutionary analyses of the PEPC protein kinase (PPCK) gene family of Flaveria
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=29968
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20140709-165642-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Aldous, Sophia [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 8,99 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.07.2014 / geändert 09.07.2014
Beitragende:	Prof. Dr. Westhoff, Peter [Gutachter] Prof. Dr. Groth, Georg [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Der Kohlenstoff-Kreislauf der C4-Photosynthese ist das Endprodukt einer schrittweise erlangten Kombination innovativer Eigenschaften aus präexistenten C3-Vorläuferpflanzen. Ein entscheidender Schritt war die Evolution des Phosphoenolpyruvat-Carboxylase-Protein (PEPC)-Enzyms des C4-Kohlenstoff- Kreislaufs ausgehend von einem nicht-photosynthetischen Vorläufer-C3-PEPC-Protein. Das C4-PEPC-Enzym (ppcA) ist das Schlüsselenzym des photosynthetischen Kreislaufs, welches CO2 in den Mesophyllzellen fixiert. Die hohe kinetische und regulatorische Effizienz des C4-PEPC-Enzyms ermöglicht die Anreicherung von CO2 unmittelbar um die Ribulose 1,5-biphosphat-Carboxylase/Oxygenase (Rubisco) des Calvin-Benson Zyklus der Bündelscheidenzellen. Zur Untersuchung der photosynthetischen C4-Evolution wurde für diese Arbeit die Pflanzengattung Flaveria ausgewählt, da diese mit nah verwandten C3-, C3-C4 intermediären- und C4-Pflanzen ausgestattet ist. Erster Bestandteil dieser Arbeit war es die in vitro Untersuchungen der C3-/C4 Veränderungen von PEPC mit einem in planta Versuch mit transgenen Pflanzen von F. bidentis (C4), mit einem verringerten ppcA mRNA Gehalt und einer Inaktivierung des C4-PEPC-Enzyms, hin zu erweitern. Die Aktivität des PEPC Enzyms wird von der PEPC-Protein-Kinase (PPCK) reguliert. Ein zweiter Bestandteil dieser Arbeit war die evolutionäre Charakterisierung von PPCK in der Gattung Flaveria. Es konnte eine Genfamilie nah verwandter orthologer PPCK-Paare, PPCKA und PPCKB, innerhalb der jeweiligen Flaveria-Art, übergreifend von C3 bis C4, identifiziert werden. Die phylogenetische Charakterisierung der PPCK Familie stimmt mit dem polyphyletischen Ursprung der Photosynthese als auch mit der Evolution der PEPC-Familie überein. Innerhalb von F. trinervia (C4) war die allgemeine Transkript-Abundanz von PPCKA im Vergleich zu F. pringlei (C3) hin gesteigert, während die von PPCKB verringert war. Während die Expression von PPCKA beider F. pringlei und F. trinervia Arten bei Tageslicht hochreguliert war, war die Expression von PPCKB in der Nacht am höchsten. Das Expressionsmuster von PPCKA verhielt sich in Bezug auf die tagesabhängige in vivo Phosphorylierung von PEPC in F. trinervia, mit einem Anstieg während des Tages, dementsprechend übereinstimmend. Die Spezifität des rekombinanten PPCKA-Proteins der C4 Flaveria Art gegenüber dem Substrat der C3 und C4 Flaveria Arten war zwar unterschiedlich, aber nicht aufgehoben. Trotz der hohen Ähnlichkeit der Aminosäurensequenz innerhalb der PPCK-Isoenzyme, legen sowohl der Austausch essentieller Aminosäuren als auch die dargestellten Eigenschaften des PPCKA-Gens dar, dass es sich hierbei um das photosynthetische Enzym handeln müsste, welches in C4 Flaveria für die Phosphorylierung des C4-PEPC-(ppcA)-Enzyms verantwortlich ist. Im Vergleich dazu sprechen die Eigenschaften des PPCKBGens eher für eine zuständige Regulation der ppcB and ppcC PEPC Isoenzyme in nichtphotosynthetischen Geweben, mit ausgeprägter Funktion in C3 Flaveria. Basierend auf den dargestellten Ergebnissen lässt sich abschließend schlussfolgern, dass die PPCK Familie in Flaveria unter evolutionärem Selektionsdruck steht und im Zusammenhang mit der Optimierung einer neuen PPCKA Struktur für die Funktion des C4-Kohlenstoff-Kreislaufs steht. Im Flaveria Transkriptome wurde bislang weder die Veränderung des tagesabhängigen Verlaufes der Genexpression untersucht, noch wie sich diese im Verlauf der C4 Evolution verändert hat. In dem dritten Abschnitt dieser Arbeit, wurde das tagesabhängige Transkriptom von F. pringlei and F. trinervia untersucht um tagesabhängig-regulierte Gene zu identifizieren, welche für Proteine kodieren mit Funktion in unterschiedlichen Stoffwechselwegen. Veränderungen des Transkriptoms wurden im Zusammenhang mit der C4 Photosynthese und als Antwort auf tagesabhängige Veränderungen hin untersucht. Die globalen Unterschiede zwischen den zwei photosynthetisch unterschiedlichen Arten F. pringlei and F. trinervia beruhten eher auf Unterschiede in der Transkript Abundanz aller erfassten Gene, als auf die globale Regulation des tagesabhängigen Verlaufes der Transkription. Der Unterschied zwischen der Transkript Abundanz einiger Gene veränderte sich im tagesabhängigen Verlauf zwischen F. pringlei and F. trinervia. Obwohl die Expression tagesabhängig-regulierter Gene ein Mechanismus ist, welcher bereits in der C3 F. pringlei Art zu finden ist, und zwischen entfernten Arten unterschiedlicher taxonomischer Herkunft konserviert ist, veränderte sich höchstwahrscheinlich für bestimmte Gene die Regulation der tagesabhängigen Expression im Verlauf der C4-Evolution. C4 photosynthesis evolved multiple times and independently out of a C3 ancestral condition. The evolution of the phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) enzyme involved alterations at the molecular level and in the kinetic and regulatory properties of the enzyme, which allowed for the optimization of the C4 photosynthetic cycle. PEPC is post-translationally modulated by the phosphoenolpyruvate carboxylase protein kinase (PPCK). The aims of this study were to define C4-related evolutionary changes regarding PEPC, the PPCK gene family and the global regulation in diurnal gene expression in the genus Flaveria.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Entwicklungs- und Molekularbiologie der Pflanzen
Dokument erstellt am:	09.07.2014
Dateien geändert am:	09.07.2014
Promotionsantrag am:	16.06.2014
Datum der Promotion:	02.07.2014