Kalzium Regulation der Chloroplastenentwicklung & Funktion

Chloroplasten sind die Orte der Photosynthese in Pflanzen. Hier wird CO 2 aus der Atmosphäre in organische Stoffe umgewandelt, und auch der gesamte Sauerstoff, den wir einatmen, stammt aus der Photosynthese. Hier werden Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten. Die Komplexe, die diese für alles Leben auf der Erde unerlässliche Reaktion durchführen, werden als Photosystem II (PSII) bezeichnet und werden durch Kalziumionen (Ca2+) stabilisiert. Daher enthalten Chloroplasten erhebliche Mengen an Kalzium. Dies ist jedoch offensichtlich nicht die einzige Rolle von Kalzium in Chloroplasten, denn die Gesamtkonzentration und die freie Konzentration von Kalziumionen können erheblich schwanken, was eine Beteiligung von Ca2+-bindenden Proteinen an der Regulierung dieser Dynamik erfordert. Ca2+ ist ein bekanntes Signalmolekül, das auch als sekundärer Botenstoff bezeichnet wird. Ca2+-Ionen sind an vielen biologischen Prozessen wie der Kontraktion von Muskeln oder der Erzeugung von Signalen im Nervensystem von Tieren beteiligt. In ähnlicher Weise nutzen auch Pflanzen Ca2+-Ionen für eine Reihe von Funktionen zur Regulierung ihrer physiologischen Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen. Kürzlich entdeckte unsere Gruppe zwei Chloroplastenproteine - LENA und LENB -, die an der Bindung von Ca2+-Ionen beteiligt sein könnten. Pflanzen, denen diese Proteine fehlen weisen eine starke Verzögerung in der Chloroplasten-Entwicklung auf und sind chlorotisch, was darauf hindeutet, dass sie an der Chloroplasten-Entwicklung beteiligt sind. Diese Proteine sind recht klein und in allen höheren Pflanzen und eukaryotischen Algen evolutionär konserviert, aber ihre biologische Funktion ist noch immer rätselhaft. Um die funktionelle Rolle der LENA- und LENB-Proteine in der Chloroplasten-Entwicklung zu entschlüsseln, werden in diesem Projekt drei Schlüsselfragen untersucht: Ihr Einfluss auf die Ca 2+- Homöostase in Chloroplasten, ihre Regulierung der Chloroplasten-Entwicklung und ihr Einfluss auf die Chloroplasten-Funktion, insbesondere die Photosynthese. Erwarteten Ergebnisse dieses Projektes beinhalten die Identifizierung der Interaktionspartner von LENA/B, die Aufschluss über ihre molekularen Funktionen geben werden. Daher wird diese Forschung einen starken Beitrag zum Verständnis der Chloroplasten-Entwicklung und Regulation leisten und neue Erkenntnisse mit weitreichenden Auswirkungen auf die Pflanzenphysiologie und möglicherweise auch die Landwirtschaft liefern.