Open Access

Petra Lehmann

• Die Chloroplastenbewegung ist eine der wichtigsten Anpassungen, die Pflanzen entwickelt haben, um eine effiziente Ausbeute an Lichtquanten für die Photosynthese zu gewährleisten. Auch wenn der genaue Mechanismus und die Signalwege, die diesen Prozess vermitteln, noch nicht vollständig verstanden sind, konnten einige an der Chloroplastenbewegung beteiligte Proteine (phot1, phot2, chup1, Aktin, Profilin) in den letzten Jahren identifiziert werden. Chup1, das an der äußeren Chloroplastenmembran verankerte Protein, wird als putativer Linker zwischen den Chloroplasten und dem Aktin-Zytoskelett gesehen. Durch die Interaktion mit Profilaktin reguliert chup1 die Aktin-Polymerisierung und somit auch die Chloroplastenbewegung. Die Analyse der intra- und intermolekularen Interaktionen von chup1, die in dieser Studie ermittelt wurden, deutet auf eine Homodimerisierung von chup1 durch die Coiled coil Domäne sowie auf eine Assoziation des N- mit dem C-terminalen Leuzin- Zipper hin. Neben diesen Interaktionen konnte für einen der vier putativen Interaktionspartner von chup1, der wall associated kinase 3, eine mögliche Funktion bei der Vermeidungsbewegung der Chloroplasten gezeigt werden. In Anbetracht dieser Interaktion und der postulierten Phosphorylierungsstellen in chup1, könnte eine Regulierung von chup1 durch Phosphorylierung erfolgen. Um die Funktionen von chup1 und phot2 besser zu verstehen, wurden die Pflanzen mit knock-out in diesen Gene genauer charakterisiert und die T-DNA Insertionslinien von chup1 und phot2 zeigen keine Reduzierung in der photosynthetischen Aktivität. Im Gegensatz dazu, bedingt der knock out von beiden Genen eine deutliche Verminderung der photosynthetischen Leistung. Infolge der fehlenden Chloroplastenbewegung im chup1phot2 Doppel knock out führt das möglicherweise zu einem verringerten Schutz der Photosynthese. Dies bestätigt weiter die Verbindung zwischen der durch phot2 induzierten Signalkaskade und der Aktin-Polymerisierung, die durch chup1 reguliert wird. Um den Einfluss von chup1, phot1 und phot2 auf die transkriptionelle Regulierung nach BL zu analysieren, wurde das globale Expressionsmuster nach BL-Behandlung untersucht. Bei der Analyse der Mutanten-Pflanzen mit einem Defekt in der Chloroplastenbewegung (chup1, phot1, phot2) konnte keine Beeinflussung der Regulierung der Genexpression in BL-gesteuerten Signalkaskaden durch diese Proteine beobachtet werden. Die Regulierung der Expression geschieht eher auf posttranskriptioneller Ebene und wird mit Hilfe von microRNA gesteuert.
• Chloroplast movement is one of the most important adjustments plants have evolved to maximize quantum yield during photosynthesis. Although exact mechanisms and signaling pathways mediating this process are not fully understood, several involved proteins (phot1, phot2, chup1, Aktin, Profilin) could be identified over the last years. Chup1, the chloroplast outer membrane anchored protein, is thought to be the putative linker between chloroplasts and actin cytoskeleton. Via its interaction with profilaktin chup1 regulates actin polymerization and chloroplast movement itself. The analyses of intra- and intermolecular interactions of chup1 protein conducted in this study, pointed on assoziation of the N-terminus with C-terminal Leucine-Zipper as well as on homodimerization mediated by the coiled coil domains. Beside these interactions one of the four putative interaction partners of chup1 identified by Yeast Two Hybrid studies - the wall associated kinase 3 - showed a potential involvement in the avoidance movement of chloroplasts. Considering this interaction and predicted phosphorylation sites within the chup1 protein, regulation of chup1 by phosphorylation can be assumed. To further understand the function of chup1 and phot2 the plants with a knock out in these genes were characterized and the T-DNA insertion lines of chup1 and phot2 do not show any significant reduction in the photosynthetic performance. In contrast, knocking out both genes causes a strong reduction of photosynthetic activity. Due to abolished avoidance movement of the double knock out plants, impaired photoprotection can be presumed. This further corroborates the connection between the phot2 activated signaling cascade and actin polymerization regulated by chup1. To analyse the involvement of chup1, phot1 and phot2 in the transcriptional regulation induced by blue light, global expression profiling after blue light treatment was performed. Using the mutants with defects in the chloroplast movement (chup1, phot1, phot2) it was demonstrated that these proteins have no influence on the regulation of the genexpression by blue light regulated signaling cascades. This expression seems to be rather regulated post transcriptionally and possibly by microRNA.