Molekulare, zellbiologische und phylogenetische Analysen von Genen des eukaryotischen Primärstoffwechsels - Evolution der Glucose-6-phosphat Isomerase und des cytosolischen sowie plastidären Stoffwechselwegs zur Isoprenoid-Biosynthese (PDF)

Doktorarbeit / Dissertation aus dem Jahr 2007 im Fachbereich Biologie - Genetik / Gentechnologie, Note: 1,0 mit Auszeichnung, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig (Institut für Genetik), Sprache: Deutsch, Abstract: Der Schwerpunkt dieser Dissertation ist die molekulare Analyse der Isoprenoid (IPP)-Biosynthesewege und der Glucose-6-phosphat Isomerase in den verschiedenen Vertretern der Plantae (Streptophyta/Chlorophyta, Rhodophyta und Glaucophyta), der Alveolata (Dinophyta, Apicomplexa, Perkinsea und Ciliata) und der "Chromista" (Haptophyta, Stramenopile und Cryptophyta).

Erst seit etwa zehn Jahren ist bekannt, dass Pflanzen über einen cytosolischen, aber auch über eine unabhängigen, plastidären Weg der IPP-Biosynthese verfügen. Die Genomanalyse von Chlamydomonas reinhardtii (Chlorophyta) legt das Fehlen des cytosolischen MVA-Pathways in Grünalgen nahe. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verteilung in der Grünalge Mesostigma viride, einem Schlüsselorganismus der Evolution von Charophyceen und Landpflanzen (Streptophyta), umfassend charakterisiert. Die transformierbare Diatomee Phaeodactylum tricornutum dient als Modellorganismus zur Untersuchung der Zellbiologie komplexer Algen. Durch Transformation mit eGFP-Reportergen-Konstrukten soll untersucht werden, ob die subzelluläre Lokalisation beider Wege zur Isoprenoid-Biosynthese nach der sekundären Endosymbiose erhalten blieb.

Die Verteilung der beiden Stoffwechselwege ist in den verschiedenen Abteilungen der "Chromista" und der Alveolata bisher unbekannt und wird im Rahmen dieser Arbeit untersucht. Besondere Bedeutung haben die entsprechenden IPP-Gene im Zusammenhang mit dem in jüngster Zeit kontrovers diskutierten Ursprung komplexer Algen durch sekundäre und tertiäre Endosymbiosen. Insbesondere die phylogenetischen Beziehungen der Haptophyten zu den Stramenopilen und Cryptophyten sollen in diesem Kontext untersucht werden, um die angebliche Monophylie der "Chromista" kritisch zu hinterfragen. Hinsichtlich der Alveolata können durch die Verteilung der beiden IPP-Biosynthesewege mindestens zwei offene Fragen der Evolution untersucht werden. Einerseits ist trotz der kompletten Sequenzierung des Malaria-Erregers immer noch offen, ob sich der heterotrophe Plastid der Apicomplexa auf eine Rotalge zurückführen lässt.

Andererseits ist der plastidäre MEP-Pathway ein ideales Testsystem zur genaueren Untersuchung jüngster Hinweise auf die Präsenz eines bisher unbekannten Plastiden in den Perkinsea, die eine evolutive Schlüsselstellung innerhalb des Superensembles Alveolata haben.