Annika Nerlich

• Die durch Phosphatidylserin Decarboxylase (PSD) katalysierte Decarboxylierung von Phosphatidylserin (PS) zu Phosphatidylethanolamin (PE) ist für Mitochondrien in Hefe und Mäusen von essentieller Bedeutung. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde erstmals die Rolle dieses PE-Syntheseweges in Pflanzen untersucht. Die drei in Arabidopsis identifizierten PSD Gene atPSD1, atPSD2, atPSD3 codieren für Enzyme, die in Membranen der Mitochondrien (atPSD1), der Tonoplasten (atPSD2) und des Endoplasmatischen Retikulums (atPSD3) lokalisiert sind. Der Beitrag der einzelnen PSDs zur PE-Synthese wurde anhand von psd Null-Mutanten untersucht. Dabei stellte sich atPSD3 als das Enzym mit der höchsten Aktivität heraus. Alternativ zum PSD-Weg wird in Arabidopsis PE auch mittels Aminoalkohol-phosphotransferase synthetisiert. Der Verlust der gesamten PSD-Aktivität, wie es in der erzeugten psd Dreifachmutante der Fall ist, wirkt sich ausschließlich auf die Lipidzusammensetzung in der Mitochondrienmembran aus. Demzufolge wird extramitochondriales PEDie durch Phosphatidylserin Decarboxylase (PSD) katalysierte Decarboxylierung von Phosphatidylserin (PS) zu Phosphatidylethanolamin (PE) ist für Mitochondrien in Hefe und Mäusen von essentieller Bedeutung. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde erstmals die Rolle dieses PE-Syntheseweges in Pflanzen untersucht. Die drei in Arabidopsis identifizierten PSD Gene atPSD1, atPSD2, atPSD3 codieren für Enzyme, die in Membranen der Mitochondrien (atPSD1), der Tonoplasten (atPSD2) und des Endoplasmatischen Retikulums (atPSD3) lokalisiert sind. Der Beitrag der einzelnen PSDs zur PE-Synthese wurde anhand von psd Null-Mutanten untersucht. Dabei stellte sich atPSD3 als das Enzym mit der höchsten Aktivität heraus. Alternativ zum PSD-Weg wird in Arabidopsis PE auch mittels Aminoalkohol-phosphotransferase synthetisiert. Der Verlust der gesamten PSD-Aktivität, wie es in der erzeugten psd Dreifachmutante der Fall ist, wirkt sich ausschließlich auf die Lipidzusammensetzung in der Mitochondrienmembran aus. Demzufolge wird extramitochondriales PE hauptsächlich über die Aminoalkoholphosphotransferase synthetisiert. Die veränderte Lipidzusammensetzung der Mitochondrienmembran hatte jedoch keinen Einfluss auf die Anzahl, Größe und Ultrastruktur der Mitochondrien sowie auf das ADP/ATP-Verhältnis und die Respiration. Neben der Bereitstellung von Reduktionsäquivalenten beeinflusst die Funktionalität der Mitochondrien auch die Bildung von Blüten- und Staubblättern. Diese Blütenorgane waren in der psd Dreifachmutante stark verändert, und der Blütenphänotyp ähnelte der APETALA3-Mutante. Dieses homöotische Gen ist für die Ausbildung von Blüten- und Staubblättern verantwortlich. Für die Erzeugung der Mutanten psd2-1 und psd3-1 wurde ein T-DNA Vektor verwendet, der den Promotor des APETALA3 Gens enthielt, welcher in den Mutanten psd2-1, psd3-1 sowie psd2-1psd3-1 und der psd1psd2-1psd3-1 Dreifachmutante eine vergleichbare Co-Suppression des APETALA3 Gens hervorruft. Der Blütenphänotyp trat jedoch nur in der psd Dreifachmutante auf, da nur in ihr die Kombination von geringen Funktionstörungen der Mitochondrien, hervorgerufen durch veränderte Lipidzusammensetzung, mit der Co-Suppression von APETALA3 auftritt.…
• Decarboxylation of phosphatidylserine (PS) to form phosphatidylethanolamine (PE) catalyzed by phosphatidylserine decarboxylase (PSD) is an essential reaction for mitochondria in yeast and mice. This dissertation describes the role of this biosynthesis pathway in plants for the first time. Three PSD genes were identified in Arabidopsis, atPSD1, atPSD2, atPSD3. The gene products localize to mitochondria (atPSD1), tonoplast (atPSD2) and endoplasmatic retikulum (atPSD3). Contribution to PE-synthesis of each PSD was analyzed using T-DNA insertion mutants. Thereby, atPSD3 was found to be the most active isoform. Alternatively, PE is also synthesized by the action of aminoalcohol phosphotransferase. Complete loss of PSD activity, like in the psd triple mutant, resulted in changes in lipid composition of mitochondria membranes exclusively. In conclusion the bulk of PE is synthesized by aminoalcohol phosphotransferase. Changed lipid composition of mitochondria did not result in changes of mitochondria number, structure, ADP/ATP ratio andDecarboxylation of phosphatidylserine (PS) to form phosphatidylethanolamine (PE) catalyzed by phosphatidylserine decarboxylase (PSD) is an essential reaction for mitochondria in yeast and mice. This dissertation describes the role of this biosynthesis pathway in plants for the first time. Three PSD genes were identified in Arabidopsis, atPSD1, atPSD2, atPSD3. The gene products localize to mitochondria (atPSD1), tonoplast (atPSD2) and endoplasmatic retikulum (atPSD3). Contribution to PE-synthesis of each PSD was analyzed using T-DNA insertion mutants. Thereby, atPSD3 was found to be the most active isoform. Alternatively, PE is also synthesized by the action of aminoalcohol phosphotransferase. Complete loss of PSD activity, like in the psd triple mutant, resulted in changes in lipid composition of mitochondria membranes exclusively. In conclusion the bulk of PE is synthesized by aminoalcohol phosphotransferase. Changed lipid composition of mitochondria did not result in changes of mitochondria number, structure, ADP/ATP ratio and respiration. Mitochondria functionality was formerly shown to effect formation of petals and stamens. These flower organs were drastically morphologically changed in psd triple mutants and showed strong similarities to APETALA3 mutants. APETALA3 is a homeotic gene responsible for specifying petals and stamens. Mutants psd2-1 and psd3-1 used for crossing psd double and triple mutants contained a T-DNA vector which include the promoter for APETALA3. This promoter caused co-suppression of the endogenous APETALA3 gene in all mutants isolated from the Arabidopsis Knockout Facility, whereas changed flower morphology occurred only in the triple mutant concluding a combined effect of co-suppression and a reduced functionality of mitochondria, caused by changed lipid composition.…