Dokument: Vergleichende Analyse von Lichtschutzmechanismen in 6 verschiedenen Repräsentanten der Archaeplastida

Titel:	Vergleichende Analyse von Lichtschutzmechanismen in 6 verschiedenen Repräsentanten der Archaeplastida
Weiterer Titel:	Comparative analysis of photoprotective mechanisms in 6 different representatives of the Archaeplastida
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=54338
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20201005-111218-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Handrich, Maria [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 41,68 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 29.09.2020 / geändert 30.09.2020
Beitragende:	Dr. Gould, Sven B. [Gutachter] Prof. Dr. Martin, William F. [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Lichtenergie ist für nahezu jeden existierenden Organismus von essentieller Bedeutung. Sie ist die treibende Kraft der Photosynthese und damit Quelle allen aeroben Lebens auf unserem Planeten. Gleichzeitig ging mit dem Aufkommen der oxidativen Photosynthese die Produktion schädlicher Sauerstoffverbindungen einher. Eine übermäßige Lichtabsorption durch die Photosysteme, insbesondere des Photosystem II (PSII), führt zu einer Übersättigung des photosynthetischen Apparats und der Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), welche zu irreversiblen Zellschäden führen können. Aufgrund sich ständig ändernder Umweltbedingungen, welche sich vor allem durch die Besiedlung von terrestrischen Gebieten durch erhöhte Schwankungen der Lichtintensität auszeichnen, haben photosynthetisch aktive Organismen verschiedene Mechanismen entwickelt, welche einen effektiven Ausgleich zwischen Energieaufnahme und -abgabe gewährleisten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine umfassende und vergleichende Analyse der Lichtstressantwort in sechs unterschiedlichen Algenspezies durchgeführt, welche verschiedene Stufen der plastidären Evolution repräsentieren. Zusätzlich wurden C. reinhardtii Überexpressionsmutanten mit einer plastidären Expression der FtsH Protease untersucht, welche eine fundamentale Rolle bei der Reparatur des PS II spielt. Mithilfe (photo)physiologischer Untersuchungen der photosynthetischen Prozesse und strukturellen Organisation der Thylakoidmembran sowie bioinformatischer Analysen von RNA Sequenzierungsdaten konnte ein Einblick in die Evolution photoprotektiver Mechanismen gewonnen werden. Während die Glaukophyte sowie die primäre und sekundäre Rotalge annähernd keine Reaktion auf die verwendeten Starklichtbedingungen zeigten, waren in den Vertretern der Chloroplastida weitreichende zelluläre Veränderungen zu erkennen. Neben einer Modifikation der photosynthetischen Komplexe zeigte sich unter exzessiver Lichteinstrahlung insbesondere in der sekundären Grünalge eine gesteigerte Aktivität verschiedener metabolischer Prozesse, welche vermutlich den Verlust der photosynthetischen ATP Produktion komplementieren. Weiterhin konnte ein Einfluss der FtsH Protease auf die Organisation der Photosysteme in C. reinhardtii Klonen festgestellt werden, welche eine plastidäre Expression des V. litorea ftsh aufwiesen. Gleichzeitig deutet eine vergleichbare Turnover-Rate des D1 Proteins in diesen Mutanten auf eine hohe funktionale Konservierung dieser Protease hin. Zusammengefasst unterstreichen die Ergebnisse dieser Arbeit die Bedeutung von photoprotektiven Mechanismen insbesondere für die Evolution der Chloroplastida. Light energy is essential for almost every existing organism. It is the driving force of photosynthesis and thus the energetic foundation upon which all aerobic life rests. Concomitant with the emergence of oxidative photosynthesis was the production of harmful oxygen molecules. Excessive light absorption by the photosystems, especially photosystem II (PSII), leads to an oversaturation of the photosynthetic apparatus and the production of reactive oxygen species (ROS), which can cause irreversible cellular damage. Due to constantly changing environmental conditions – which in particular after the colonization of land are characterized by increased fluctuations in light intensity – photosynthetically active organisms have developed various mechanisms that secure an effective balance between energy absorption and dissipation. In this thesis, a comprehensive and comparative analysis of light stress reactions in six algal species representing different major lineages of plastid evolution was performed. Additionally, C. reinhardtii overexpression mutants were analyzed that express a plastidal and additional copy of the D1 FtsH protease, which plays a fundamental role in PS II repair. (Photo)physiological investigations of photosynthetic processes and structural organizations of thylakoid membranes as well as bioinformatic analyses of RNA-Seq datasets provided insights into the evolution of photoprotective mechanisms. While the glaucophyte, as well as the primary and secondary red algae, showed almost no reaction to the high light conditions used, the representatives of the Chloroplastida showed extensive cellular changes. In addition to modifications of photosynthetic complexes, an increased activity of various metabolic processes was observed under excessive light exposure, especially in the secondary green algae B. natans, which probably complement the loss of photosynthetic ATP production. Furthermore, an influence of the FtsH protease on the organization of the photosystems in C. reinhardtii clones showing a plastidal expression of the V. litorea ftsh was detected. At the same time, a comparable turnover rate of the D1 protein in these mutants indicate a high functional conservation of this protease. In summary, the results of our work sheds light on the importance of photoprotective mechanisms especially for the evolution of the Chloroplastida.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	05.10.2020
Dateien geändert am:	05.10.2020
Promotionsantrag am:	28.05.2020
Datum der Promotion:	17.09.2020