Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden

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1 Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Lana-Sophie Kreth, 24.Juni 2015

2 Gliederung Cyanobakterien Stigonematales Analysen Genom Sequenzierung Evolution der Photosysteme Vorläufer der Plastiden Zusammenfassung Quellen 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 2

3 Cyanobakterien Subsektion I (Prochlorales und Chroococcales) Subsektion III (Oscillatoriales) Subsektion IV (Nostocales) Subsektion V (Stigonematales à Stigonema, Fischerella, Chlorogloeopsis, Hapalosiphon, Geitleria und Mastigocladus) Stigonema Fischerella Chlorogloeopsis 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 3

4 Stigonematales Lebensräume: Saure Moorgewässer (z.b.:stigonema ocellatum à Hochmoor auf Torf- und Heideboden) Feuchte Silicat- und Kalksteine (z.b.: Stigonema mamillosum à an Felsen und Mauern) Thermen/Thermalwasser (z.b.: Fischerella) Wachstum: Rasenartig oder in filzigen schwammigen Lagern Stigonema mamillosum Stigonema ocellatum Fischerella sp. 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 4

5 Stigonematales Formen: Deutlich differenziert Bilden gekrümmte, feine, echt verzweigte Fäden aus Hormogonien (Vermehrung) Heterocysten (N 2 -Fixierung) Akineten (Dauerzellen) Anabaena sp.: Heterocysten (rechts, durchsichtig) und Akineten (links, oval, Dauerzellen) 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 5

6 Genom Sequenzierung Sequenzierung der 16S rrna Sammlung verschiedener Sequenzen aus Datenbanken Berechnung der Abstammung und Erstellung eines phylogenetischen Baumes 324 Gene bilden das Rückrad der Cyanobakterien 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 6

7 Genom Sequnzierung Vertikaler und lateraler Gene im Cyanobakterien Genom 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 7

8 Evolution der Photosysteme Entwicklung von unterschiedlichen Photosystemen in verschiedenen Bakterien Anoxygene Photosynthese vor oxygenen Photosynthese entwickelt Frühzeit: Erdoberfläche reich an H 2 S Reduktion von NADP + mit H 2 S (Elektronendonator) benötigt nur ein Photosystem (phototrophe Bakterien) Hypothese: mithilfe des lateralen Gentransfers kamen zwei Photosysteme (PS I und PS II) in einem Organismus zusammen 66% der Proteinfamilien innerhalb der Cyanobakterien durch lateralen Gentransfer verbreitet Oxygene Photosysnthese entstand Reduktion von NADP + mit Wasser à größere Differenz des Redoxpotentials à verläuft zweistufig in zwei hintereinandergeschalteten verschiedenen Photosystemen 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 8

9 Vorläufer der Plastiden Entstanden vor 1,5 Mrd. Jahren aus Cyanobakterien Spendet ein Teil seiner Gene an den Wirt Plastiden haben heute noch 5-10% ihrer Gene Pflanzen haben von den Plastiden 16-20% der Gene bekommen Triosephosphat-Translokator (Membranprotein) à entscheidender Schritt für die Endosymbiose Einführung der Wirts Kontrolle à Austausch der Protein in der Membran Pflanzen-Vorläufer profitierte von der Kohlenstofffixierung Phylogentisch näher an Frischwasser Cyanobakterien als an Marinen Cyanobakterien Sie stammen von der Subsektion IV (Nostocales) oder V (Stigonematales) ab Gene gingen verloren 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 9

10 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 10

11 Vertikaler und lateraler Gene im Cyanobakterien Genom 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 11

12 Zusammenfassung Entwicklung von unterschiedlichen Photosystemen in verschiedenen Bakterien Phototrophe Bakterien besaßen nur ein Photosystem und benutzen als Elektronendonator H 2 S Hypothese: mithilfe des lateralen Gentransfers kamen zwei Photosysteme (PS I und PS II) in einem Organismus zusammen Vorläufer von Plastiden hatte zwei Photosysteme und nutzen Wasser als Elektronendonator Vorläufer der Plastiden sind phylogentisch näher mit Frischwasser Cyanobakterien verwandt als an Marinen Cyanobakterien Sie stammen von der Subsektion IV (Nostocales) oder V (Stigonematales) ab 24. Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 12

13 Quellen Dagan et all (2012) Genomes of Stigonematalean Cyanobacteria (subsection V) an the Evolution of Oxygenic Photosynthesis from Prokaryotes to Plastids, Genome Biol. Evol. 5(1): filocyanobacteria/clasenostocophyceae/cladograma.jpg stigonematales/stigonema/stigonema-mamillosum/stigonema-mamillosum2- bjerkereimselva-river-norway.jpg Juni 2015 Lana-Sophie Kreth Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in Plastiden Seite 13