Funktionelle Analyse der Phytochrome Cph1 und Cph2 von Synechocystis sp. PCC 6803

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.)
im Fach Biologie

eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Diplom-Biologin Brita Fiedler

geboren am 05.11.1973 in Dresden

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin:
Prof. Dr. Jürgen Mlynek

Dekan: Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I:
Prof. Thomas Buckhout, PhD

Gutachter/innen:
1. Prof. Dr. Thomas Börner
2. Prof. Dr. Hendrik Schubert
3. PD Dr. Tilman Lamparter

Tag der mündlichen Prüfung: 17. Dezember 2004

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion der beiden cyanobakteriellen Phytochrome Cph1 und Cph2 untersucht. Dafür wurde zunächst das Wachstum von Mutanten mit einem inaktivierten cph1- bzw. cph2-Gen unter verschiedenen Lichtbedingungen analysiert. Das Wachstum aller Phytochrommutanten war unter Starklicht beeinträchtigt. Dahingegen wuchs die cph1 --Mutante im FRL schlechter als der Wildtyp, während das Wachstum der cph2 --Mutante im RL vermindert war. Eine cph1 - /cph2 --Doppelmutante zeigte unter allen Lichtbedingungen eine Wachstumsreduktion, die der jeweiligen Einzelmutante ähnlich war. Die genaue Ursache für die Beeinträchtigung des Wachstums der Phytochrommutanten konnte nicht ermittelt werden. Die verschiedenen Aspekte der Photosynthese, wie Pigmentzusammensetzung, maximale Netto-Sauerstofffreisetzungsrate und 77K-Fluoreszenzemission, waren in den Phytochrommutanten nicht signifikant verändert.

Bei Synechocystis sp. PCC 6803 konnte eine lichtgerichtete Bewegung beobachtet werden, wobei man aufgrund von Aktionsspektren der Motilität eine Funktion der Phytochrome oder phytochromähnlichen Proteine bei der Steuerung der phototaktischen Bewegung vermutet. Dem Cph1-Protein konnte hierfür keine Rolle zugeordnet werden. Dahingegen scheint der Photorezeptor Cph2 die lichtgerichtete Bewegung der Zellen in Richtung einer Blaulichtquelle zu inhibieren. Eine Interaktion mit einem klassischen BL-Rezeptor konnte ausgeschlossen werden.

Eigene Schlagworte: Phytochrom , Cyanobakterien, Synechocystis sp. PCC 6803, Phototaxis

Abstract

The function of the cyanobacterial phytochromes Cph1 and Cph2 was investigated. At first, the growth of mutants with an inactivated cph1 or cph2 gene was analysed under different light conditions. The growth of all phytochrome mutants was affected under high-light conditions. However, the cph1 - mutant grew slower than the wild type in far-red light, whilst the cph2 - mutant revealed a reduced growth under red light conditions. A decreased growth of the cph1 -/cph2 - double mutant was observed under all light conditions with a growth rate similar to the corresponding single mutant. The exact reason for the growth impairment of the phytochrome mutants could not be ascertained. Different aspects of photosynthesis (pigment composition, maximal net-oxygen evolution and 77K fluorescence emission) were not changed significantly in the phytochrome mutants.

Synechocystis sp. PCC 6803 shows a movement towards a light source. Based on action spectra of motility phytochromes and phytochrome-like proteins are supposed to have a function in regulating the phototactic movement. An influence of the Cph1 protein in the phototactic movement was not demonstrated. Whereas, the Cph2 protein seems to be involved in the inhibition of the cell movement towards blue light. An interaction with a typical blue-light receptor was excluded.

Keywords: phytochrome, cyanobacteria, Synechocystis sp. PCC 6803, phototaxis

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Tabellenverzeichnis

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01.11.2005