Molekulargenetische und physiologische Analysen von Plastocyanin und Cytochrom cx � Mutanten bei Arabidopsis thaliana.

Weigel, Martin Christian (2006). Molekulargenetische und physiologische Analysen von Plastocyanin und Cytochrom cx � Mutanten bei Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

In Arabidopsis thaliana existieren zwei kernkodierte Loci für Plastocyanin: PetE1 und PetE2. Die Nukleotidsequenzen der Gene, und ihre Peptidsequenzen weisen hohe Homologie zueinander auf. Die Doppelmutante aus pete1-1.1 und pete2-1.1 ist unter photoautotrophen Bedingungen nicht lebensfähig. Unter UV-Illumination weist sie eine im Vergleich zum Wildtyp erhöhte Fluoreszenz und eine nahezu vollständige Reduktion des Photosynthese-Apparates auf. Mit der Entdeckung des Cytochrom c6- homologen Proteins in Arabidopsis entfachte erneut eine Diskussion ob in höheren Pflanzen nur Plastocyanin Elektronen zum PSI transportiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Arabidopsis-Linien mit Mutationen in beiden Plastocyanin-Genen und im Beisein von funktionellen Cytochrom c6-Homologen aus A. thaliana (Cyt cx) oder Chlamydomonas reinhardtii (Cyt c552) nicht autotroph lebensfähig sind. Die Beobachtung begründet sich in einer vollständigen Blockade des lichtbetriebenen Elektronentransports und suggeriert, dass in höheren Pflanzen die Funktion des Cytochrom c �Proteins als ein Elektronencarrier zwischen Cytochrom b6/f-Komplex und Photosystem I ausgeschlossen werden kann. Im Komplementationsexperimenten der Plastocyanin-Doppelmutante mittels PetE1 und PetE2 �Gene wurde festgestellt dass die beiden Plastocyanin-Gene eine redundante Funktion aufweisen. Messungen der Chlorophyllfluoreszenz mittels Puls-Amplituden-Modulation (PAM) an den pete1-1.1 und 35SCaMV::PetE2 �Linien brachten weiterhin Hinweise darauf, dass der Zerfall der Komplexe aus oxidiertem Plastocyanin und Photosystem I einen Einfluss auf den Effizienz des Elektronentransports zwischen Cyt b6/f und PSI haben kann. In A. thaliana könnte der Effekt aufgrund strukturellen Unterschiede in der hydrophober �Nord-Domäne� (PetE1: 37F; PetE2: 37Y) und in der saueren northern-patch Domäne (PetE1: 61ETA; PetE2: 61EQD) der Iso-Plastocyanine zustande kommen.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

In Arabidopsis thaliana, plastocyanin is encoded by two nuclear genes, PetE1 and PetE2, which are highly homologous. The double mutant pete1-1.1 pete2-1.1 is seedling-lethal, high-chlorophyll-fluorescent and deficient for all subunits of photosystem II and photosystem I. The contention that, in higher plants, plastocyanin is the only mobile electron donor to photosystem I was recently shaken by the discovery of a cytochrome c6-like protein in Arabidopsis and other flowering plants. The characterization of Arabidopsis plants carrying disrupted genes for both Plastocyanins and with a functional cytochrome c6 from Arabidopsis thaliana (cyt cx) or Chlamydomonas reinhardtii (cyt c552) cannot grow photoautotrophically because of a complete block in light-driven electron transport. These results suggest that in higher plants the possibility that cyt c functions alongside plastocyanin in photosynthetic electron flow can be excluded. Additionally, complementation experiments of plastocyanin double mutant with PetE1 and PetE2 genes have shown that both plastocyanin genes have redundant function. However, chlorophyll fluorescence measurements using the Pulse Amplitude Modulation (PAM) of the pete1-1.1 and 35SCaMV::PetE2 �lines (in the double mutant background) indicate that release of oxidized plastocyanin from photosystem I can affect the light-driven electron transport. In A. thaliana, this effect can by mediated by a difference in the structures of hydrophobic �north pole� (PetE1: 37F; PetE2: 37Y) and in acid northern-patch (PetE1: 61ETA; PetE2: 61EQD) of the PetE-isoplastocyanins.

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