Light stress proteins in the chloroplast of Arabidopsis thaliana

Abstract

In dieser Arbeit wurde die Lokalisierung und die Expression steuerenden Signalwege der early light induced Protein (Elips)-Familie untersucht. Diese Familie gehört zu Superfamilie der Chlorophyll (Chl)-a/b bindenden Proteine deren Mitglieder konservierte Chl-bindende Motive besitzen und transient unter verschiedenen Stressbedingungen exprimiert werden (Adamska 2001). Während Starklichtstress werden bei Proteolyse der photooxidierten Lichtsammelkomplex-Proteine Chl freigesetzt. Diese freie Chl sind in der Lage Singulettsauerstoff zu erzeugen, deshalb ist es von enormer Wichtigkeit, diese Chl wieder an die Proteine zu binden. Aufgrund ihrer Expression unter Starklichtstress und ihrer Chl-bindemotive werden Elips als transiente Chl-binde oder austauschproteine diskutiert. Die Elip Familie besteht aus Elips, die drei transmembrane Helices haben (Grimm et al. 1989), den Seps, die zwei transmembrane Helices besitzen (Heddad and Adamska 2000) und den Ohps, die nur eine transmembran Helix besitzen (Jansson et al. 2000; Andersson et al. 2003). Die beiden letzten Gruppen sind unter Schwachlicht vorhanden werden aber unter Stressbedingungen verstärkt exprimiert. Es konnte für je ein beispielhaftes Mitglied dieser Gruppen die Interaktion mit verschiedenen Komplexen in der Thylakoidmembran gezeigt werden (Reiser et al. in Vorbereitung; Kapitel 3). Ohp2 assoziert mit Photosystem I (PSI) nahe des Core-Komplexes. Sep2 und Elip1 interagieren beide mit dem Lichtsammelkomplex des Photosystem II (LHCII). Sep2 bindet im äusseren trimeren Antennenkomplex, während Elip1 im monomeren, inneren Lichtsammelkomplex vorhanden ist. In diesen Komplexen wurde ein weiteres Stress-assoziertes Protein namens Fibrillin gefunden. Dieses Protein wird unter ähnlichen Bedingungen exprimiert wie die Elip Familie. Es konnte gezeigt werden das diese unter Starklichtbedingungen auch in Lichtsammelkomplexen und nicht nur in Plastoglobuli, vermutlichen Speicherkörpern, gefunden werden (Rey et al. 2000; Gosh et al. 1994; Smith et al. 2000). Untersuchungen des Expressionmusters der beinahe identischen Proteine Elip1 und Elip2 während Lichtstress und verschiedenen Entwicklungsstadien des Blattes ließ vermuten, dass diese keine redundante Funktion haben (Heddad et al. 2006; Kapitel 2). Vielmehr scheint Elip1 Teil der grundlegenden Stressantwort zu sein, während Elip2 erst bei höheren Lichtintensitäten exprimiert wird.In Kapitel 4 (Heddad et al., in Vorbereitung) konnte gezeigt werden, dass der Redoxstatus von Glutathion (GSH) und des Plastochinonpools (PQ) die Elip-Expression beeinflusst. Die Reduzierung des Plastochininpools hatte eine Erhöhung der Elip1 und Elip2 Akkumulation zur Folge. Dagegen reduzierte die Erhöhung der GSH-Konzentration die Elip1 Menge in der Thylakoidmembran. Die rax-1 Mutante, die eine erniedrigte Konzentration an GSH und eine konstitutive Expression von Ascorbatperoxidase 2 besitzt, bildet Elip1 schon unter geringeren Lichtintensitäten als der Wildtyp.Chl-Vorstufen, die eine entscheidende Rolle in der Kontrolle der lhc Gene spielen, beeinflussten die Elip1 Akkumulation nicht. Es konnte zusätzlich gezeigt werden, dass Elip und Sep Expression sowohl auf transskriptioneller als auch auf posttranslationaler Ebene kontrolliert wird. In einer systematischen Untersuchung wurden die wichtigsten Signalmoleküle auf ihre Wirkung auf die Elip1 Akkumulation hin geprüft (Reiser et al. in Vorbereitung; Kapitel 5). Es konnte gezeigt werden, dass die wichtigsten Pflanzenhormone, wie Ethylen, Salicylsäure und Jasmonsäure, die wichtige Stress- und Entwicklugsvorgänge kontrollieren, keinen Einfluss auf die Elip1 Expression haben. Als negative Regulatoren wurden Stickstoffoxid, lösliche Zucker und Singulettsauerstoff identifziert. Erhöhte Konzentration dieser Signaltransmitter reduzierte die Elip1 Akkumulation nach Starklichtstress.