Biotechnologische Ansätze zur Reduktion photorespiratorischer Verluste in A. thaliana

Fahnenstich, Holger (2008). Biotechnologische Ansätze zur Reduktion photorespiratorischer Verluste in A. thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Die Photorespiration führt in C3-Pflanzen zu einem Verlust von Energie, Reduktionskraft und fixiertem Kohlenstoff und ist bedingt durch die katalytischen Eigenschaften der RubisCO. In der vorliegenden Arbeit sollte versucht werden, zwei alternative katabolische Stoffwechselwege für Glykolat in den Chloroplasten der C3-Pflanze A. thaliana zu etablieren. Die daraus folgende lokale CO2-Konzentrationserhöhung sollte die Photorespiration an sich und die photorespiratorischen Verluste reduzieren und zu Pflanzen mit besseren Wachstumseigenschaften führen. Das Startenzym Glykolat-Oxidase (GO) war in beiden Stoffwechselwegen identisch, aber das von ihm neben Glyoxylat produzierte H2O2 führte zu so starken Schädigungen an GO-exprimierenden Pflanzen, dass die zusätzliche Einführung einer Katalase nötig wurde. Letztlich führte aber die Modifikation eines der vorgeschlagenen Wege bestehend aus der Glykolat-Oxidase, Malat-Synthase und Katalase zum Erfolg. Die Pflanzen, die diesen Weg in ihren Plastiden exprimierten, wuchsen größer als der Wildtyp, zeigten eine höhere photosynthetische Effizienz und litten nicht mehr unter dem schädigenden Einfluss des H2O2. Bei dem Versuch, diese Stoffwechselwege zu etablieren, wurden viele verschiedene Pflanzenlinien, die teilweise interessante und aussagekräftige Phänotypen aufwiesen erzeugt und analysiert. So förderte die Untersuchung des Lichtmengen-abhängigen Phänotyps der NADP-Malat-Enzym-Pflanzen neue Erkenntnisse über eine Rolle von Malat und Fumarat im Licht/Dunkel-Metabolismus und als mögliche Signalmoleküle des Kohlenstoffstatus zu Tage (Fahnenstich et al. 2007). Andererseits wurden durch die kombinierte plastidäre Expression der Tartronat-Semialdehyd-Synthase und der Tartronat-Semialdehyd-Reduktase Pflanzen erzeugt, die offensichtlich eine höhere Salz- und Kältetoleranz als der Wildtyp aufwiesen, wobei die Ursache für dieses Phänomen noch nicht abschließend geklärt werden konnte.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Biotechnological Approaches to Reduce Photorespiratory Losses in A. thaliana English
Translated abstract:	Abstract Language Photorespiration is caused by the catalytic properties of RubisCO and leads inevitably to a loss of energy, reducing power and fixed carbon in C3 plants. In this work two alternative glycolate catabolic pathways capable of reducing those losses and photorespiration itself by increasing local CO2 concentration should be introduced into plastids of the C3 plant A. thaliana. The starting enzyme glycolate oxidase (GO) was identical for both proposed pathways. Unfortunately, the H2O2 produced by the action of the GO lead to severe deteriorations in GO expressing plants and rendered the introduction of an additional catalase necessary. Finally, a modification of one of the proposed pathways consisting of a glycolate oxidase, a malate synthase and a catalase has proved successful. Plants expressing this pathway presented enhanced biomass accumulation and displayed a higher photosynthetic efficiency than the wild-type. Furthermore they did not suffer from the adverse effects of H2O2 anymore. During the establishment of these pathways several transgenic lines have been generated and examined, in part showing very interesting and meaningful phenotypes. The investigation of the light-amount-dependent phenotype of the NADP-malic-enzyme expressing plants lead to new insights on the role of malate and fumarate in light/dark-metabolism and as possible signal molecules of the carbon status (Fahnenstich et al. 2007). Additionally the plastidic expression of tartronic-semialdehyde synthase together with tartronic-semialdehyde reductase yielded plants that displayed a higher degree of salt- and cold tolerance compared to the wild-type � a phenomenon which remains elusive. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Fahnenstich, Holger holger.fahnenstich@metanomics.de und hfahne@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-25965
Date:	2008
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Botanical Institute
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Photorespiration, Photosynthese, Malat, Glykolat German photorespiration, photosynthesis, malate, glycolate English
Date of oral exam:	12 February 2008
Referee:	Name Academic Title Flügge, U.-I. Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2596

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