Stigonematales & die Evolution der oxygenen Photosynthese in

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Stigonematales & die Evolution der oxygenen
Photosynthese in Plastiden
Lana-Sophie Kreth, 24.Juni 2015
Gliederung
Cyanobakterien
§  Stigonematales
Analysen
§  Genom Sequenzierung
§  Evolution der Photosysteme
§  Vorläufer der Plastiden
Zusammenfassung
Quellen
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Cyanobakterien
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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
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Stigonematales
Lebensräume:
§  Saure Moorgewässer
Stigonema
ocellatum
(z.B.:Stigonema ocellatum à
Hochmoor auf Torf- und
Heideboden)
§  Feuchte Silicat- und Kalksteine
(z.B.: Stigonema mamillosum à
an Felsen und Mauern)
Stigonema
mamillosum
§  Thermen/Thermalwasser (z.B.:
Fischerella)
Wachstum:
§  Rasenartig oder in filzigen
schwammigen Lagern
Fischerella sp.
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Stigonematales
Formen:
§  Deutlich differenziert
§  Bilden gekrümmte, feine, echt
verzweigte Fäden aus
§  Hormogonien (Vermehrung)
§  Heterocysten (N2-Fixierung)
§  Akineten (Dauerzellen)
Anabaena sp.: Heterocysten (rechts,
durchsichtig) und Akineten (links, oval,
Dauerzellen)
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Genom Sequenzierung
§ 
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§ 
§ 
Sequenzierung der 16S rRNA
Sammlung verschiedener Sequenzen aus Datenbanken
Berechnung der Abstammung und Erstellung eines phylogenetischen
Baumes
324 Gene bilden das Rückrad der Cyanobakterien
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Genom Sequnzierung
Vertikaler und lateraler Gene im Cyanobakterien Genom
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Evolution der Photosysteme
§  Entwicklung von unterschiedlichen Photosystemen in verschiedenen
Bakterien
§  Anoxygene Photosynthese vor oxygenen Photosynthese entwickelt
§  Frühzeit: Erdoberfläche reich an H2S
§  Reduktion von NADP+ mit H2S (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
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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
Gene gingen
§  Pflanzen haben von den Plastiden 16-20% der Gene
verloren
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
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Vertikaler und lateraler Gene im Cyanobakterien Genom
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Zusammenfassung
§  Entwicklung von unterschiedlichen Photosystemen in verschiedenen
Bakterien
§  Phototrophe Bakterien besaßen nur ein Photosystem und benutzen
als Elektronendonator H2S
§  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
Quellen
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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): 31-44
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http://enfo.agt.bme.hu/drupal/sites/default/files/Fischerella_0.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Stigonema.jpg
http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/fischerella/24614
http://www.aquamax.de/Bilder/Anabaena_sp_1000.jpg
http://www.taxateca.com/images/dominiobacteria/reinooxyphotobacteria/
filocyanobacteria/clasenostocophyceae/cladograma.jpg
http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/cyanobakterien/16137
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stigonematales/stigonema/stigonema-mamillosum/stigonema-mamillosum2bjerkereimselva-river-norway.jpg
https://de.wikipedia.org/wiki/Stigonema
https://de.wikipedia.org/wiki/Cyanobakterien
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http://www.plingfactory.de/Science/Atlas/Kennkarten%20Procaryota/Image/Stigonemaocellatum241-2.jpg
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