Publikation: Investigations on functional aspects of secondary endocytobiosis using the diatom Phaeodactylum tricornutum as a model organism
Dateien
Datum
Autor:innen
Herausgeber:innen
ISSN der Zeitschrift
Electronic ISSN
ISBN
Bibliografische Daten
Verlag
Schriftenreihe
Auflagebezeichnung
URI (zitierfähiger Link)
Internationale Patentnummer
Link zur Lizenz
Angaben zur Forschungsförderung
Projekt
Open Access-Veröffentlichung
Sammlungen
Core Facility der Universität Konstanz
Titel in einer weiteren Sprache
Publikationstyp
Publikationsstatus
Erschienen in
Zusammenfassung
Diatoms and a variety of other algae evolved by secondary endocytobiosis, i.e. by uptake of a eukaryotic alga into a eukaryotic host cell and the subsequent transformation of the endosymbiont into an organelle. Due to this explicit evolutionary history diatoms possess plastids bound by four membranes. Nucleus encoded plastid preproteins in diatoms have N-terminal bipartite presequences consisting of a signal and a transit peptide domain, respectively, to enter the plastids. However, only little information is available about the mechanism how the actual import reaction occurs. Here, the possible evolution of such protein transport systems is discussed and targeting of polypeptides within diatoms characterized. DNA constructs using green fluorescent protein (GFP) fused to targeting sequences have been generated to investigate on in vivo expression in the diatom Phaeodactylum tricornutum. Correct in vivo targeting into various organelles and membranes has been demonstrated. We also isolated and characterized a tightly regulated, inducible promotor from Phaeodactylum. Experimental data is provided for the minimal requirements of a diatom plastid targeting presequence. It is demonstrated i) that the transit peptide of at least one plastid preprotein is largely removable without affecting plastid import, ii) that the signal peptides of plastid preproteins and of ER targeted preproteins in diatoms are functionally equivalent and iii) that a conserved amino acid sequence motif at the signal peptide cleavage site is present in diatoms and a variety of other secondary algae. As revealed by site directed mutagenesis, a single phenylalanine within this motif is crucial for protein transport into the diatom plastids in vivo. Additional results also show that a vesicular transport step within the envelope membranes may be involved in the import of plastid preproteins and strongly support the hypothesis of a multi-step plastid targeting process in chromophytic algae. Comparing cDNAs and respective genomic DNA fragments encoding diatom plastid preproteins, single spliceosomal introns in the regions encoding the presequences were found indicating that the bipartite targeting sequences in these secondary algae might have been acquired by recombination events via introns. Furthermore, an example for gene substitution has been found: Diatom plastids do contain class II aldolases which are not originating from the red algal endosymbiont but rather has been acquired by lateral gene transfer from the host in endocytobiosis or from bacteria.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
Diatomeen und eine Vielzahl andere Algen sind aus einem Prozess hervorgegangen, der als sekundäre Endocytobiose bezeichnet wird: Eine photoautotrophe eukaryotische Alge wird durch eine eukarotische heterotrophe Zelle aufgenommen und im Laufe der Evolution zu einem Organell umgewandelt. Eine Konsequenz der sekundären Endocytobiose ist, dass die Diatomeen-Plastiden von vier Membranen umhüllt sind. Kernkodierte Plastidenproteine weisen Nterminale, bipartite Präsequenzen auf, die aus einer Signal- und einer Transitsequenz bestehen, und den Import in die Plastiden ermöglichen. Der Mechanismus dieses Protein Transportes in die Plastiden der Diatomeen ist jedoch weitgehend unbekannt. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie die Proteinimportmaschinerie der Diatomeen-Plastiden evolutionär entstanden sein könnte. Es wurde ein Modell zur Entstehung der Transportsysteme in sowohl primären als auch sekundären Endocytobiosen entwickelt, welches in beiden Fällen eine Beteiligung des sekretorischen Apparates des Wirtes fordert. Weiterhin wurde der Proteintransport in die Plastiden der Diatomeen charakterisiert, indem GFP-Fusionsproteine in der Diatomee Phaeodactylum tricornutum in vivo exprimiert wurden. Es konnte gezeigt werden, dass GFP gezielt in verschiedene Organellen und Membranen transportiert werden kann. Außerdem wurde ein induzierbarer Promotor identifiziert. Untersuchungen des Proteintransports in die Diatomee-Plastiden demonstrierten, dass die die Signalsequenzen der bipartiten Präsequenzen mit solchen aus ER lumenalen Proteinen austauschbar sind und dass die Transitsequenzen beinahe vollständig entfernt werden können, ohne den Import zu beeinflussen. Allerdings wurde ein konserviertes Sequenzmotiv zwischen den Signal- und Transitsequenz-Domänen identifiziert, welches auch in den Präproteinen anderer Algen vorkommt, die ebenfalls durch sekundäre Endocytobiose entstanden sind. Mutagenesen belegen, dass eine einzige Aminosäure (Phenylalanin) innerhalb dieses Motives essentiell für den Transport in die Plastiden der Diatomen ist. Außerdem deuten die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass einige Hüllmembranen der Plastiden durch einen vesikulären Transportschritt überquert werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Gene, die bei der sekundären Endocytobiose von dem Endosymbionten in den Wirt transferiert wurden, möglicherweise durch einen Exon-Shuffling -ähnlichen Prozess genetische Elemente erhalten haben, die für Präsequenzen kodieren. Schließlich konnte auch belegt werden, dass die ursprünglichen Fructose-1,6- Bisphosphatasen der Diatomeen Plastiden durch lateralen Gentransfer substituiert wurden.
Fachgebiet (DDC)
Schlagwörter
Konferenz
Rezension
Zitieren
ISO 690
KILIAN, Oliver, 2004. Investigations on functional aspects of secondary endocytobiosis using the diatom Phaeodactylum tricornutum as a model organism [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
@phdthesis{Kilian2004Inves-7747, year={2004}, title={Investigations on functional aspects of secondary endocytobiosis using the diatom Phaeodactylum tricornutum as a model organism}, author={Kilian, Oliver}, note={teilw. ersch. in: J. Cell Science, Plant Biology, J. Molecular Evolution, Plant Journal}, address={Konstanz}, school={Universität Konstanz} }
RDF
<rdf:RDF xmlns:dcterms="http://purl.org/dc/terms/" xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/" xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:bibo="http://purl.org/ontology/bibo/" xmlns:dspace="http://digital-repositories.org/ontologies/dspace/0.1.0#" xmlns:foaf="http://xmlns.com/foaf/0.1/" xmlns:void="http://rdfs.org/ns/void#" xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#" > <rdf:Description rdf:about="https://kops.uni-konstanz.de/server/rdf/resource/123456789/7747"> <dcterms:hasPart rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/bitstream/123456789/7747/1/Kilian.pdf"/> <bibo:uri rdf:resource="http://kops.uni-konstanz.de/handle/123456789/7747"/> <dspace:isPartOfCollection rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/server/rdf/resource/123456789/28"/> <dc:format>application/pdf</dc:format> <dcterms:abstract xml:lang="eng">Diatoms and a variety of other algae evolved by secondary endocytobiosis, i.e. by uptake of a eukaryotic alga into a eukaryotic host cell and the subsequent transformation of the endosymbiont into an organelle. Due to this explicit evolutionary history diatoms possess plastids bound by four membranes. Nucleus encoded plastid preproteins in diatoms have N-terminal bipartite presequences consisting of a signal and a transit peptide domain, respectively, to enter the plastids. However, only little information is available about the mechanism how the actual import reaction occurs. Here, the possible evolution of such protein transport systems is discussed and targeting of polypeptides within diatoms characterized. DNA constructs using green fluorescent protein (GFP) fused to targeting sequences have been generated to investigate on in vivo expression in the diatom Phaeodactylum tricornutum. Correct in vivo targeting into various organelles and membranes has been demonstrated. We also isolated and characterized a tightly regulated, inducible promotor from Phaeodactylum. Experimental data is provided for the minimal requirements of a diatom plastid targeting presequence. It is demonstrated i) that the transit peptide of at least one plastid preprotein is largely removable without affecting plastid import, ii) that the signal peptides of plastid preproteins and of ER targeted preproteins in diatoms are functionally equivalent and iii) that a conserved amino acid sequence motif at the signal peptide cleavage site is present in diatoms and a variety of other secondary algae. As revealed by site directed mutagenesis, a single phenylalanine within this motif is crucial for protein transport into the diatom plastids in vivo. Additional results also show that a vesicular transport step within the envelope membranes may be involved in the import of plastid preproteins and strongly support the hypothesis of a multi-step plastid targeting process in chromophytic algae. Comparing cDNAs and respective genomic DNA fragments encoding diatom plastid preproteins, single spliceosomal introns in the regions encoding the presequences were found indicating that the bipartite targeting sequences in these secondary algae might have been acquired by recombination events via introns. Furthermore, an example for gene substitution has been found: Diatom plastids do contain class II aldolases which are not originating from the red algal endosymbiont but rather has been acquired by lateral gene transfer from the host in endocytobiosis or from bacteria.</dcterms:abstract> <dc:rights>terms-of-use</dc:rights> <dcterms:issued>2004</dcterms:issued> <dcterms:isPartOf rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/server/rdf/resource/123456789/28"/> <void:sparqlEndpoint rdf:resource="http://localhost/fuseki/dspace/sparql"/> <dcterms:title>Investigations on functional aspects of secondary endocytobiosis using the diatom Phaeodactylum tricornutum as a model organism</dcterms:title> <dspace:hasBitstream rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/bitstream/123456789/7747/1/Kilian.pdf"/> <dc:date rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-03-24T17:37:14Z</dc:date> <dcterms:rights rdf:resource="https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/"/> <dc:contributor>Kilian, Oliver</dc:contributor> <foaf:homepage rdf:resource="http://localhost:8080/"/> <dc:creator>Kilian, Oliver</dc:creator> <dcterms:available rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-03-24T17:37:14Z</dcterms:available> <dc:language>eng</dc:language> <dcterms:alternative>Untersuchungen funktioneller Aspekte sekundärer Endosymbiosen anhand der Diatomee Phaeodactylum tricornutum als Modellorganismus</dcterms:alternative> </rdf:Description> </rdf:RDF>