Biophysik und Photosyntheseforschung
Die Forschungsgruppe “Biophysik und Photosyntheseforschung” von Dr. Schöttler ist Teil der Abteilung 3 von Prof. R. Bock in Kombination mit den Aufgaben einer wissenschaftlichen Infrastrukturgruppe am MPI-MP.
Weitere Informationen über die Gruppe von Mark Aurel Schöttler finden Sie auf den Seiten von Dr. Schöttlers Arbeitsgruppe.
Service:
1) Gaswechsel-Messungen:
Der Gasaustausch von einzelnen Blättern oder ganzen Pflanzen kann mit Hilfe verschiedener Gaswechsel-Systeme gemessen werden. Das schließt Parameter wie Atmungsraten, Assimilation und Transpiration ein. Außerdem ist es möglich diverse Umwelt-Parameter, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Kohlendioxid- und Sauerstoffkonzentration sowie Lichtintensitäten zu kontrollieren.
2) Chlorophyll-a Floureszenzmessung:
Mit Hilfe bildgebender Verfahren kann die Verteilung der Photosynthese-Aktivität über die Blattfläche oder innerhalb einer kompletten Pflanze bestimmt werden. Eine Kopplung an die Gaswechsel-Messungen ermöglicht hier ebenfalls die Kontrolle verschiedener Umweltparameter.
3) 3D-Imaging:
Diese bildgebenden Verfahren ermöglicht die Untersuchung und Auswertung der Pflanzenentwicklung. Auch eine Kombination mit den oben genannten Chlorophyll-a Fluoreszenzmessung ist möglich.
4) Weitere spektroskopische Techniken:
Einzelne Bestandteile des komplexen Photosyntheseapparates können detailliert im Rahmen von wissenschaftlichen Kooperationen analysiert werden.
Forschung
Die Gruppe von Dr. Mark Aurel Schöttler entwickelt spektroskopische Methoden, um die Gehalte und Aktivitäten sämtlicher Komponenten der photosynthetischen Elektronentransportkette in vivo, also an intakten Blättern, erfassen zu können. Mittels dieser Methoden wird analysiert, wie die Kapazität des Photosynthese-Apparates ATP und NADPH zu produzieren, an deren Verbrauch durch den Calvin-Zyklus und die folgenden Reaktion des Dunkelstoffwechsels angepasst wird.
Dabei konnte gezeigt werden, dass die photosynthetische ATP- und NADPH-Produktion primär über Änderungen im Gehalt von Cytochrom-b6f Komplex, Plastocyanin und ATP-Synthase an den metabolischen Bedarf angepasst wird, während sich die Gehalte beider Photosysteme nur geringfügig ändern. Ist die Anpassung der Lichtreaktion an den metabolischen Bedarf in Mutanten gestört, kommt es zu einer vermehrten Produktion von Sauerstoffradikalen und zur oxidativen Zerstörung des Photosynthese-Apparates. Von diesen Beobachtungen ausgehend verfolgt die Gruppe derzeit drei Hauptprojekte.
1. Welche Signale lösen eine Anpassung des Photosyntheseapparates an den metabolischen Bedarf aus?
Durch Messungen an Mutanten mit Störungen im Calvin-Zyklus, im Photoassimilat-Export aus den Blättern und an Phytohormon-Mutanten konnten wir zeigen, dass der Assimilat-Gehalt der Blätter perzipiert wird. Eine Photoassimilat-Akkumulation reprimiert spezifisch die Biogenese von Cytochrom-b6f Komplex und ATP-Synthase. Die generelle, systemische Anpassung der Photosynthesekapazität der Blätter an den metabolischen Bedarf der wachsenden Gewebe und Speicherorgane erfolgt über Phytohormone.
2. Wie beeinflussen diese Signale die Akkumulation der Photosynthesekomplexe?
Wir untersuchen, ob die metabolischen Signale und Phytohormone vor allem auf die Transkription, Transkript-Prozessierung, oder auf Translation und Assemblierung der Photosynthesekomplexe Einfluss nehmen. Außerdem wird in diesem Teilprojekt die Funktion neu identifizierter Chaperone der Photosystem I-Biogenese detailliert charakterisiert.
3.Welche Lebensdauern haben die verschiedenen Photosynthesekomplexe?
Mit Ausnahme des detailliert charakterisierten Reparaturzyklus von Photosystem II ist sehr wenig über die Stabilität und Lebensdauer der anderen Photosynthesekomplexe in höheren Pflanzen bekannt. Daher verwenden wir die induzierbare RNAi-Repression essentieller kernkodierter Untereinheiten, um spezifisch die de novo-Biogenese eines Komplexes zu unterdrücken. Der Abbau / Verlust des Komplexes nach RNAi-Induktion wird in ausgewachsenen Blättern, deren Photosyntheseapparat bereits voll entwickelt ist, nicht invasiv mittels spektrokopischer Methoden verfolgt. Hieraus wird die Lebensdauer der Komplexe abgeleitet. Während einige Komplexe innerhalb weniger Tage nach RNAi-Induktion komplett degradiert werden, weisen andere Komplexe Lebensdauern von mehreren Wochen auf.
4. Wie groß ist der Beitrag der einzelnen Photosynthesekomplexe zur photosynthetischen Flusskontrolle und zur Thylakoidstruktur?
Um die Beiträge der verschiedenen Komponenten des Photosyntheseapparates zur photosynthetischen Flusskontrolle zu bestimmen, werden ihre Gehalte mit Hilfe transgener und transplastomischer (genetisch veränderte Plastiden) Ansätze verändert. Die Auswirkungen der veränderten Komplexgehalte auf den Elektronentransport, die Assimilationskapazität, aber auch auf die Thylakoidstruktur und das Diffusionsverhalten der Proteinkomplexe und der Redoxcarrier Plastocyanin und Plastochinon werden bestimmt.
