Dynamic adjustment of photosynthetic pigment composition in leaves [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Kim Gabriele Beisel

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• Publié par: heinrich-heine-universitat_dusseldorf
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 27
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

 
Dynamic adjustment of photosynthetic 
pigment composition in leaves 
 
 
Kumulative Dissertation 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
zur Erlangung des Doktorgrades 
der Mathematisch‐Naturwissenschaftlichen Fakultät 
der Heinrich‐Heine‐Universität Düsseldorf 
 
 
 
vorgelegt von 
 
Kim Gabriele Beisel 
 
aus Karlsruhe 
 
 
Oktober 2010  
aus dem Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre 3: 
Phytosphäre (ICG‐3), Forschungszentrum Jülich GmbH 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
Gedruckt mit Genehmigung der 
Mathematisch‐Naturwissenschaftlichen Fakultät der Heinrich‐Heine‐Universität Düsseldorf 
 
 
Referent: Prof. Dr. Ulrich Schurr 
Koreferent: Prof. Dr. Peter Jahns 
Tag der mündlichen Prüfung: 
Selbstständigkeitserklärung 
 
 
Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Dissertation eigenständig und ohne fremde Hilfe 
angefertigt habe. Arbeiten Dritter wurden entsprechend zitiert. Diese Dissertation wurde 
bisher in dieser oder ähnlicher Form noch bei keiner anderen Institution eingereicht. Ich 
habe bisher keine erfolglosen Promotionsversuche unternommen. 
 
 
Jülich, den 07.10.2010 
 
__________________ 
Kim Gabriele Beisel 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Statement of authorship 
 
 
I hereby certify that this dissertation is the result of my own work. No other person’s work 
has been used without due acknowledgement. This dissertation has not been submitted in 
the  same  or  similar  form  to  other  institutions.  I  have  not  previously  failed  a  doctoral 
examination procedure. 
 Zusammenfassung  i 
Zusammenfassung 
Pflanzen  haben  vielfältige  Kurz‐  und  Langzeitstrategien  entwickelt,  um  ihre 
photosynthetischen  Membranen  an  unterschiedliche  Lichtverhältnisse  anzupassen.  Das 
Einfangen von Lichtenergie bei gleichzeitigem Schutz vor derselbigen, unter sich ändernden 
Strahlungsumgebungen,  ist  für  die  Pflanze  überlebenswichtig  und  muss  in  den  Blättern 
sorgfältig reguliert und ausbalanciert werden. Einen wichtigen regulatorischen Mechanismus 
bilden bei diesem Prozess die Anpassung und Instandhaltung der Zusammensetzung von 
photosynthetischen Pigmenten.  
Generelle Adaptations‐ und Akklimatisierungsmuster der Pigmentzusammensetzung in den 
Blättern  bei  Schatten  und  Sonne  wurden  in  einer  Studie  mit  phylogenetisch  diversen 
Pflanzen aus tropischen Wäldern in einer natürlichen Umgebung untersucht. Spezies, die an 
niedrige  Strahlungsintensitäten adaptiert oder akklimatisiert waren, neigten  dazu relativ 
mehr  in  das  Einfangen  von  Lichtenergie  zu  investieren,  was  sich  in  einer  hohen 
massebezogenen  Akkumulation  von  Chlorophyll  (Chl)  und  Carotinoiden,  vor  allem 
Neoxanthin  (N)  und  Lutein  (L),  manifestierte.  Die  Akklimatisierung  an  starke 
Sonneneinstrahlung resultierte in einem erhöhten Gehalt an photoprotektiven Pigmenten 
des Xanthophyll‐Zyklus, das heißt Violaxanthin (V) + Antheraxanthin (A) + Zeaxanthin (Z), 
sowie β‐Carotin (β‐C), bezogen auf die Blattfläche und den Chl‐Gehalt. In den meisten der 
untersuchten Tropenspezies wurde α‐Carotin (α‐C) nachgewiesen, aber das Verhältnis von 
α‐C zu β‐C in den Sonnenblättern war stets klein. Eine durchgängige Präferenz von β‐C an 
Stelle von α‐C bei starken Strahlungen lässt auf nachteilige Eigenschaften von α‐C unter 
hohen Lichtbedingungen schließen.  
Der  dynamische  Umsatz  (turnover)  von  Pigmenten,  in  Verbindung  mit  der  stationären 
(steady‐state) Pigmentzusammensetzung und der Photosystem II (PSII) Effizienz, wurde in 
voll  entwickelten  Blättern  der  Modellpflanze  Arabidopsis  (Arabidopsis  thaliana)  unter 
Langzeit‐Niedriglicht, Langzeit‐Hochlicht und Kurzeit‐Hochlichtstress in einer Klimakammer 
untersucht. Um den dynamischen Umsatz von photosynthetischen Pigmenten zu erforschen 
14 14wurde  eine  Methode  zur  in  vivo  CO   Markierung  ( CO pulse‐chase  Applikation)  von 2 2 
Arabidopsis‐Blättern  sowie  ein  Protokoll  zur  Radio‐HPLC  Pigmentanalyse  entwickelt.  Die 
14CO   Markierungsexperimente  offenbarten  einen  kontinuierlichen  Umsatz  von β‐C  und 2
 Zusammenfassung  ii 
Chl a  in  voll  entwickelten  Blättern,  sogar  unter  niedrigen  Lichtverhältnissen.  Kurzzeitige 
Hochlicht‐Stressapplikation hatte keinen Einfluss auf den Umsatz von β‐C und Chl a, führte 
aber zu einem signifikanten Anstieg des V+A+Z‐ und L‐Gehaltes innerhalb weniger Stunden. 
Dennoch  war  in  diesen  Xanthophyllen  keine  Radiomarkierung  nachweisbar,  was 
unterschiedliche Ursprünge von Molekülvorstufen für den kontinuierlichen Umsatz von β‐C 
und der stressinduzierten Biosynthese von Xanthophyllen in Chloroplasten vermuten lässt. 
Der Umsatz von Carotinen war signifikant erhöht, wenn ein Großteil des β‐C durch α‐C im 
Kern‐Komplex von PSII und PSI durch eine Mutation im lut5‐Gen ausgetauscht worden war, 
was in Übereinstimmung mit den geringen Anteilen an α‐C in Sonnenblättern von tropischen 
Waldpflanzen ist.   
Des Weiteren wurden Interaktionen zwischen dem dynamischen Umsatz von β‐C und Chl a 
mittels Inhibitoren der D1 Protein‐ (Lincomycin) und Carotinoid‐Biosynthese (Norflurazon) 
getestet.  Die  Behandlung  mit  Lincomycin  führte  zu  einer  gravierenden  Abnahme  der 
Markierung von Chl a zusammen mit einer eher moderaten Abnahme der Markierung von β‐
C, was auf eine enge Kopplung des Umsatzes des D1 Proteins mit dem Umsatz von Chl a, 
aber nicht mit dem Umsatz vo