Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Biowissenschaften

Fachgebiet: Pflanzenphysiologie

Betreuer: Prof. Dr. Martin Hagemann



M. Sc. Ramona Kern
(e-mail: ramona.kern@uni-rostock.de )

Evolution der Photorespiration

Die Photorespiration ist in der heutigen sauerstoffreichen Atmosphäre für alle oxygene Photosynthese-betreibenden Organismen essentiell. In dieser Arbeit wurde die Evolution dieses so wichtigen Prozesses analysiert, ausgehend von den Vorfahren aller Chloroplasten, den Cyanobakterien, über Algen bis hin zu den Landpflanzen. Als Werkzeug dienten phylogenetische Stammbäume der, an der pflanzlichen Photorespiration beteiligten Enzyme, sowie biochemische Analysen ausgeählter Enzyme. Diese Analysen zeigten zum einen, dass die Photorespiration ein sehr alter Prozess ist und wahrscheinlich in abgewandelter Form schon lange vor der Etablierung der oxygenen Photosynthese in vielen Prokaryoten vorhanden war. Zum anderen wurde nachgewiesen, dass einige pflanzliche Photorespirationsenzyme direkt von cyanobakteriellen Proteinen abstammen, die aus der Endosymbiose eines Ur-Cyanobakterium bei der Entstehung von Chloroplasten resultieren.

In the present day oxygen-containing atmosphere, photorespiration is essential for all organisms performing oxygenic photosynthesis. This thesis deals with the evolution of this important process from cyanobacteria (the ancestor of chloroplast) via algae toward plants. Based on phylogenetic trees and biochemical analyses of the photorespiratory enzymes, it was shown that photorespiration is a very old process, predating the establishment of oxygenic photosynthesis. According to the data, it was already present in a rudimentary form in ancient prokaryotes. In some cases, the phylogenetic analysis identified a close relationship of plant and cyanobacterial proteins involved in photorespiration. These plant proteins most likely arose from the endosymbiotic event in which the engulfment of a cyanobacterium led to chloroplasts in extant plants and algae.