Projektbeschreibung
Analyse lichtabhängiger Reaktionen zur Optimierung der Photosynthese bei Phytoplankton
Die Photosynthese ist ein wichtiger biologischer Prozess, der die Besiedlung von Land und Meer durch Pflanzen bzw. Phytoplankton erst ermöglichte. Dieser Prozess wird nun genauer an Phytoplankton untersucht. Aus energetischer Sicht ist eine Mikroalge ein „Fahrzeug“, dessen Mitochondrien als Verbrennungsmotoren fungieren und aus Kohlenstoff Energie und CO2 erzeugen. Die Chloroplasten von Mikroalgen wiederum sind Solarzellen, die Sonnenlicht in Energie und Sauerstoff umwandeln. Das EU-finanzierte Projekt ChloroMito untersucht mittels Optogenetik und zellulärer/subzellulärer Bildgebung die These, dass die photosynthetische Effizienz mariner Mikroalgen auf der engen Kopplung zwischen „Solarzelle“ und „Motor“ beruht. Schwerpunkt der Forschungsarbeit ist die Optimierung der Photosynthese bei marinem Phytoplankton durch subzelluläre Wechselwirkungen.
Ziel
Photosynthesis emerged as an energy-harvesting process at least 3.5 billion years ago, first in anoxygenic bacteria and then in oxygen-producing organisms, which led to the evolution of complex life forms with oxygen-based metabolisms (e.g. humans). Oxygenic photosynthesis produces ATP and NADPH, and the correct balance between these energy-rich molecules allows assimilation of CO2 into organic matter. Although the mechanisms of ATP/NADPH synthesis are well understood, less is known about how CO2 assimilation was optimised. This process was essential to the successful phototrophic colonisation of land (by Plantae) and the oceans (by phytoplankton). Plants optimised CO2 assimilation using chloroplast-localised ATP-generating processes to control the ATP/NADPH ratio, but the strategies developed by phytoplankton are poorly understood. However, diatoms—ecologically successful ocean organisms—are known to control this ratio by exchanging energy between plastids and mitochondria. Is this mechanism a paradigm for optimisation of photosynthesis in the ocean? The ChloroMito project aims to first decipher the mechanism(s) behind plastid-mitochondria interactions. Thanks to a novel combination of whole-cell approaches, including (opto)genetics, cellular tomography and single-cell spectroscopy, we will identify the nature of the exchanges occurring in diatoms and assess their contribution to dynamic responses to environmental stimuli (light, temperature, nutrients). We will then assess conservation of this mechanism in ecologically relevant phytoplankton taxa, test its role in supporting different lifestyles (autotrophy, mixotrophy, photosymbiosis) encountered in the ocean, and track transitions between these different lifestyles as part of an unprecedented effort to visualise ocean dynamics. Overall, the ChloroMito project will alter our understanding of ocean photosynthesis, challenging textbook concepts which are often inferred from plant-based concepts
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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