Genetic compartmentalization in the complex plastid of Amphidinium carteraeand. The endomembrane system (ES) in Phaeodactylum tricornutum

Peridinin-haltige Dinoflagellaten sind wichtige Vertreter einzelliger eukaryoter Algen, welche durch die Aufnahme einer anzestralen Rotalge durch eine bislang unbekannte Wirtszelle entstanden sind, ein als sekundäre Endosymbiose bezeichneter Prozess. Sie besitzen Plastiden mit einer einzigartigen Membranarchitektur und sind nur von drei Membranen umgeben. Durch die Reduktion des Endosymbionten-Genoms und den Transfer von plastidären Genen in den Zellkern des Wirtes ist das plastidäre Genom in Form von sogenannten „minicirclen“ organisiert, auf welchen Gene kodiert sind, die normalerweise im Plastidengenom kodiert sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurden individuelle „minicircle“ aus dem repräsentativen peridinin-haltigen Dinoflagellaten Amphidinium carterae CCAM0512 mittels einer neuartigen Transposon-basierten Methode isoliert. Insgesamt konnten dadurch 89 „minicircle“ isoliert werden, davon kodierten 18 (20.2 %) genetische Informationen wohingegen 71 (79.8 %) sogenannte „leere minicircle“ waren. Diese 18 kodierenden „minicircle“ ließen sich in drei Gruppen unterteilen. Sechs „minicircle“ kodierten ein einzelnes Gen, ein „minicircle“ welcher zwei Gene kodiert sowie ein „minicircle“ welcher drei Gene kodiert. Die 71 „leeren minicircle“ ließen sich in sechs Gruppen einteilen, deren Charakteristika und Eigenschaften im Rahmen dieser Arbeit analysiert wurden. Analysen der kodierenden „minicircle“ zeigten, dass auf Transkriptebene keine RNA Edierung in A. carterae beobachtet werden konnte, im Gegensatz zu „minicirclen“ anderer peridinin-haltiger Dinoflagellaten, bei denen RNA Edierung nachgewiesen wurde. Im Falle von „leeren minicirclen“ konnte die Transkription von offenen Leserahmen gezeigt werden. Basierend auf einem Vergleich von „minicirclen“ und rDNA Sequenzen von drei weiteren A. carterae Stämmen, wurde spekuliert, dass „minicircle“ einer rapiden evolutionären Diversifikation ausgesetzt sind. Mechanismen zum Transport von Proteinen und deren Sortierung (z.B. von vakuolären Proteinen) sind in Pflanzen-, Hefe- und tierischen Zellen gut untersucht, jedoch in der Diatomee P. tricornutum größtenteils unbekannt. Um den Transport und die Sortierung von Proteinen in P. tricornutum untersuchen zu können, müssen initial essentielle Markerproteine etabliert werden. Anhand von in silico Analysen konnten solche Markerproteine, welche homolog zu pflanzlichen Proteinen mit bekannter Lokalisation sind, in P. tricornutum identifiziert und auf ihre subzelluläre Lokalisation hin untersucht werden. Mehrere Markerproteine für verschiedene subzelluläre Kompartimente, einschließlich der Plasmamembran, zwei vakuolen-ähnlicher Strukturen, des cERs, des hERs, der Kernhülle, der zweitäußersten Membran der komplexen Plastide, der verschiedenen Teile des Golgi-Apparats und des Cytosols, wurden identifiziert. Diese nützlichen Markerproteine stellen eine wichtige Voraussetzung für Studien am Mechanismus von Protein Transport und Sortierung in P. tricornutum dar.