Dynamic respiratory regulation in plant mitochondria

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Description

In Pflanzen ist die mitochondrielle Atmung essentiell für die Versorgung der Zelle mit ATP, die Synthese von Metaboliten und für eine effiziente Fotosynthese. Die Fähigkeit die Respiration flexibel und dynamisch zu regulieren ist in Pflanzen von besonderer Wichtigkeit, um Wachstum und Entwicklung auch unter stark veränderlichen Umweltbedingungen aufrecht zu erhalten. Die Art und Weise auf welche die mitochondrielle Respiration in der lebenden Zelle dynamisch moduliert werden kann, ist allerdings weitgehend unbekannt. Im Rahmen dieses Projektes soll untersucht werden, wie Respiration durch dynamische Veränderungen des Thiol Redox Status und der Kalzium-Konzentrationen in Pflanzenmitochondrien reguliert wird. Neuartige genetisch-codierte Fluoreszenzsensoren werden verwendet, um mitochondrielle Funktion durch quantitative Mikroskopie hochauflösend zu untersuchen. Die mikroskopischen in vivo Messungen in der Modellpflanze Arabidopsis werden mit biochemischen Untersuchungen in vitro und in organello kombiniert, um mitochondrielle Redox-, Kalzium- und Energieveränderungen zu erfassen, regulatorische Verknüpfungen der Thiol Redox Regulation bzw. der Kalzium-Dynamik mit der Respiration zu identifizieren und Kontrollmechanismen mit Hilfe von Mutanten-Linien zu analysieren. Auf Basis der generierten Daten wird ein Modell aufgebaut, das die Funktion und Regulation auf der Ebene einzelner Mitochondrien beschreibt, und hieraus Vorhersagen über zusätzliche noch unbekannte Regulationsmechanismen treffen soll. Die Ergebnisse diese Projektes werden neue Einblicke in die bioenergetische Kontrolle von Organellen in vivo geben und entscheidend zu einem differenzierten Verständnis mitochondrieller Regulation in Pflanzen beitragen.