Diatoms and their response to phosphate limitation

Phosphor ist ein wesentliches Element für alle Lebensformen. Es ist ein wesentlicher Bestandteil mehrerer Biomoleküle, die eine entscheidende Rolle in den zellulären Strukturen und Prozessen spielen. Phosphat, die häufigste Form von Phosphor in den biologischen Systemen, kommt in einer Vielzahl wich...

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Main Author: Dell 'Aquila, Gianluca
Contributors: Maier, Uwe (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2020
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Phosphor ist ein wesentliches Element für alle Lebensformen. Es ist ein wesentlicher Bestandteil mehrerer Biomoleküle, die eine entscheidende Rolle in den zellulären Strukturen und Prozessen spielen. Phosphat, die häufigste Form von Phosphor in den biologischen Systemen, kommt in einer Vielzahl wichtiger Biomoleküle (z.B. DNA, Phospholipide) vor und ist an grundlegenden zellulären Aktivitäten wie der post-translationale Modifikation von Proteinen durch Phospho/Dephosphorylierung beteiligt. Die zelluläre Aktivität wird oft von der P-Verfügbarkeit in der Umwelt beeinflusst, und im Falle von marinen Protisten wie Mikroalgen kann sich dies potenziell auf die globale Primärproduktion auswirken. Kieselalgen tragen weitgehend zur globalen Kohlenstofffixierung bei und können sich an Schwankungen der Nährstoffkonzentrationen, wie z.B. Phosphor, anpassen. Neuere transkriptomische und proteomische Studien zeigen einen signifikanten Einfluss auf den Zellstoffwechsel und die Physiologie der Kieselalgen unter Pi-Mangel auf. In dem Modellorganismus Phaeodactylum tricornutum werden während der P-Stress-Reaktion spezifische Gene induziert, die für alkalische Phosphatasen und P-Transporter kodieren. Die ersten omics Studien liefern einen allgemeinen Überblick über die wichtigen Akteure, welche für die zelluläre Anpassung an den P-Mangel essentiell sein könnten. Für das Verständnis der P-Homöostase ist jedoch eine detailliertere Kenntnis der P-reaktiven spezifischen Proteine erforderlich. Weitere Studien über diese Proteine (z.B. über Funktion und/oder subzelluläre Lokalisation) sind erforderlich, um weitere Aspekte der Reaktion zu klären und zu charakterisieren. Anhad der vorhandenen omics Daten wurden Kandidatengene bestimmt, die eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der P-Homöostase bei P. tricornutum spielen könnten. Diese Kandidatengene wurden mittels subzellulären Lokalisierungsstudien und balbla untersucht.Die in vivo-Lokalisierungs- und Expressionsstudien zeigten, dass P. tricornutum als Reaktion auf P-Starvation extrazelluläre alkalische Phosphatasen, ein Phytase-ähnliches Protein, eine 5'-Nukleotidase sowie eine intrazelluläre alkalische Phosphatase im Endomembransystem exprimiert. Pi- Transporter sind an den Zellgrenzen, dem Endomembransystem und der Vakuolarmembran lokalisiert. Diese Ergebnisse unterstreichen die Fähigkeit der Kieselalge P. tricornutum, Pi aus einer alternativen intra-/extrazellulären P-Quelle zu mobilisieren, aufzunehmen und intrazellulär zu verteilen. Es wurde auch eine erste Untersuchung zu Kandidaten im Zusammenhang mit einem möglichen PolyP-Metabolismus und der P-Speicherung durchgeführt. Einige der untersuchten Proteine wurden auch im Hinblick auf ihre transkriptionelle Regulation untersucht und zeigten interessante Regulationsmuster unter verschiedenen extrazellulären P-Bedingungen. Die hier gezeigten Ergebnisse tragen zum Wissen über die P-Speicherungsreaktion in Kieselalgen bei und liefern zusätzliche Informationen, die zur Skizzierung eines P-Homöostase-Atlas bei P. tricornutum erforderlich sind. Als ein Nebenaspekt dieses Teils wurden stark Pi-abhängige Promotor/Terminator-Module identifiziert, die neue molekulare Werkzeuge für die Expression von Transgenen im Modellorganismus von P. tricornutum liefern.
Physical Description:130 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2021.0116