title: Spezielle Leistungen der Plastide: RNA-Edierung in Landpflanzen, Genomreduktion und Proteinimport in Peridinin-haltigen Dinoflagellaten
title: Special attainments of the plastid: RNA-Editing in land plants, genomic reduction and protein import in Peridinin-containing dinoflagellates
Creators: name: Grosche, Christopher
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: Plastid
Plastom
Lebermoose
RNA-editing
Proteintransport
Evolution
Protein import
Pflanzen
RNA-Edierung
Plastide
Landpflanzen
RNS-Edierung
Minicircle
Dinoflagellate
Dinoflagellaten
Peridinin
Biowissenschaften, Biologie

description: Die vorliegende Arbeit beschäftigt
      sich mit der Evolution der plastidären RNA-Edierung und dem
      evolutionären Hintergrund der komplexen Plastide in
      Peridinin-haltigen Dinoflagellaten. Das Plastidengenom des
      Lebermooses P. endiviifolia wurde vollständig sequenziert
      (120554 bp) und C zu U Edierung konnte an 54 Stellen
      nachgewiesen werden. Aufgrund der relativ geringen Anzahl an
      Edierungen stützt dies einen sekundären Verlust der
      RNA-Edierung in dem Lebermoos M. polymorpha. Weiterhin sind
      die Edierungsstellen in P. endiviifolia auf einen
      Sequenzkontext mit geringerer Mutationsrate konzentriert.
      Dadurch erfüllen sie die Kriterien für das Modell der
      Entstehung der RNA-Edierung nach Tillich (Tillich et al.,
      2006). Ein RNA-Edierungssystem entwickelte sich um Mutationen
      der DNA auf RNA Ebene zu kurieren. Rückmutationen, teilweise
      begünstigt durch Zeiten dynamischer Sequenzevolution, führten
      zu den heute beobachtbaren Editotypen bzw. zum Verlust der
      Edierung in M. polymorpha. Außerdem wurde die plastidäre
      Genomreduktion der Peridinin-haltigen Dinoflagellaten
      untersucht. Mittels Transposonmutagenese konnten minicircles
      aus A. carterae isoliert werden, die unter anderem eine
      Stammspezifität der core-Region verdeutlichen. Die
      minicircles zeigen eine ausgesprochene Varianz und ihre
      möglichen Funktionen, unter anderem als mögliches
      Gen-shuttle, werden diskutiert. Im Zuge der Betrachtung des
      plastidären Proteinimports zeigte sich, dass die
      Transitpeptide Nukleus-codierter Plastidenproteine der
      Peridinin-haltigen Dinoflagellaten und Chromisten, entgegen
      bisherigen in vitro Daten, keinen Import in die primäre
      Plastide von Landpflanzen vermitteln können und die
      sogenannten Klasse I Transitpeptide weitere potentielle
      Zielsteuerungsinformationen enthalten (TPL2), welche die
      nötigen Informationen für eine Assoziation mit einer primären
      Plastide tragen. Proteine dieser Klasse weisen häufig eine
      größere Homologie zu ‚grünen Genen‘ auf, was auf einen
      Ursprung aus einem potentiellen horizontalen Gentransfer
      schließen lässt. Zusätzlich konnte durch
      elektronenmikroskopische Studien bestätigt werden, dass
      Proteine mit Klasse I Transitpeptid nicht sensitiv für eine
      Inhibition mit Brefeldin A sind und somit einen vom
      Golgi-Apparat unabhängigen Transportweg in die komplexe
      Plastide zu nutzen scheinen. Diese Klasse zeigt also
      Besonderheiten im plastidären Proteinimport, womöglich
      resultierend aus einem abweichenden evolutionären
      Ursprung.
description: Topics of this thesis are the
      evolution of RNA-editing in plastids of land plants and the
      evolutionary background of the complex plastid in
      peridinin-containing dinoflagellates. The plastid genome of
      P. endiviifolia was completely sequenced (120554 bp) and
      transcripts of protein-coding genes showed only C to U
      RNA-editing at 54 sites. The relatively low number of editing
      sites supports the secondary loss of RNA-editing in M.
      polymorpha and, furthermore, editing sites are predominantly
      found in a sequence context known for low re-mutation rates.
      For this reason RNA-editing in P. endiviifolia meets the
      criteria for the evolution of chloroplast RNA-editing in land
      plants stated by Tillich (Tillich et al., 2006). RNA-editing
      was established to cure DNA mutations, which occurred in the
      plastid genomes of the first land plants, on the level of
      RNA. Re-mutations, eventually fostered by times of
      accelerated evolution rates, can cure these mutations on DNA
      level and thereby lead to the editotypes we observe today or
      even to a complete loss of RNA-editing as in M. polymorpha.
      Another topic was the plastidial genome reduction and the
      protein import in the complex plastid of peridinin-containing
      dinoflagellates. The method of transposon mutagenesis was
      used to isolate minicircles of A. carterae, which revealed
      that the core region of minicircles is at least
      subspecies-specific. Minicircles are extraordinary variant
      and their possible roles, as for example gene-shuttle, are
      discussed. Studies of protein import showed, that, in
      contrast to previous in vitro data, transit peptides of
      nucleus-encoded plastid proteins of peridinin-containing
      dinoflagellates and cromists were not able to mediate import
      into the primary plastid of land plants in vivo. For so
      called class I transit peptides potential additional
      targeting sequences were identified, named TPL2, which
      contained the necessary targeting information for directing
      proteins towards the primary plastid of land plants as it is
      known from proteins of the outer envelope membrane.
      Furthermore, class I proteins seem to have a phylogenetic
      bias towards the ‘green line’ of plastids indicating a
      possible origin via horizontal gene transfer. Finally,
      electron microscopy showed the insensitivity of class I
      protein transport to inhibition with Brefeldin A suggesting
      an alternative transport route for this class of transit
      peptides, most probably directly from the ER to the complex
      plastid. Therefore, proteins with class I transit peptide
      show specific transport mechanism for protein import into the
      plastid, potentially as a result of particular evolutionary
      origin.