title: Genetic compartmentalization in the complex plastid of Amphidinium carteraeand. The endomembrane system (ES) in Phaeodactylum tricornutum
title: Genetische Kompartimentierung im Komplex der Plastide von Amphidinium carterae und das endomembrane System (ES) von Paeodactylum tricornutum
Creators: name: Liu, Xiaojuan
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Kompartimentierung , Plastide
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Compartmentalization
Plastid

description: Peridinin-containing
      dinoflagellates are important members of single-celled
      eukaryotic algae, which arose from an engulfment of an
      ancient red alga by a so far undefined host cell, a process
      called secondary endosymbiosis. Their plastids feature a
      unique membrane architecture and are surrounded by only three
      membranes. As the reduction of the endosymbiont’s genome and
      gene transfer from the plastid to the nucleus, the whole
      plastid genome was reorganized into minicircles coding for
      genes normally coded on the plastid genome. In order to
      isolate individual minicircles from one representative
      peridinin-containing dinoflagellate Amphidinium carterae
      CCAM0512 a novel transposon-based approach was carried out
      within this thesis. 89 minicircles were therefore isolated
      from A. carterae, 18 (20.2 %) are gene-containing
      minicircles, 71 (79.8 %) are empty minicircles. The 18
      gene-containing minicircles are divided into three groups of
      minicircles, six single-gene minicircles, one two-genes
      minicircle and one three-genes minicircle. The 71 empty
      minicircles are divided into six groups. The characteristics
      of these minicircles and unique features were analyzed in
      this thesis. In contrast to previously reported organellar
      RNA editing in peridinin-containing dinoflagellates, no RNA
      editing was observed on transcripts of minicircles of A.
      carterae based on the analysis of coding genes. Additionally,
      the transcription of open reading frames was shown in
      so-called empty minicircles. Finally, based on the comparison
      with minicircles and rDNA sequences of three other A.
      carterae strains, it was speculated that minicircles undergo
      a rapid evolutionary diversification. The mechanisms of
      protein (e.g. vacuolar proteins) transport and sorting have
      been well-studied in plants, yeast and animals. However,
      little is known in the diatom P. tricornutum. In order to
      investigate the protein transport and sorting in P.
      tricornutum, essential marker proteins have to be
      established. In this work, the identification of marker
      proteins in the endomembrane system was based on a
      combination of in silico search for homologous proteins of P.
      tricornutum to proteins with known localizations in plants
      and subsequent in vivo localization studies in P.
      tricornutum. Several markers for different subcellular
      compartments were identified including the plasma membrane,
      two vacuolar-like structures, cER, hER, the nuclear envelope
      and the second outermost membrane of the complex plastid
      (PPM). Furthermore, the three parts of the Golgi apparatus
      and the cytosol could also be marked. These useful
      subcellular marker proteins are a very important prerequisite
      for studying the mechanisms of protein transport and sorting
      in P. tricornutum.
description: 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.