Physiologische und molekulare Vorgänge während des Übergangs von Haematococcus pluvialis in das nicht-mobile, Astaxanthin-bildende Zellstadium

Abstract

Die Mikroalge Haematococcus pluvialis gilt als reichhaltigste natürliche Quelle des Keto-Carotinoids Astaxanthin (Ax). In der vorliegenden Arbeit wurden physiologische und molekulare Veränderungen im Zuge des Übergangs von H. pluvialis in das nicht-mobile, Ax-bildende Zellstadium analysiert. Die Zellen akkumulieren unter Lichtstress und Nitratmangel Ax, woraus zusätzlich Veränderungen der photosynthetischen Aktivität und eine erhöhte Abundanz von Transkripten und Peptiden des Ax- und Fettsäuremetabolismus resultierten. Zusätzlich wurden ABC-Transportproteine und Cytochrom P450-Enzyme mit hoher Abundanz in nicht-mobilen Zellen identifiziert, welche den Carotinoidtransport über plastidäre Membranen gewährleisten bzw. die intraplastidäre Oxidation von β-Carotin katalysieren könnten. Die funktionelle Charakterisierung der Proteine könnte das molekulare Verständnis über die Ax-Biosynthese in H. pluvialis erweitern, woraus biotechnologisch Maßnahmen zur Prozessoptimierung definierbar wären.

The microalga Haematococcus pluvialis is considered to be the richest natural source of the keto-carotenoid astaxanthin (Ax). In the present work, physiological and molecular changes during the transition of H. pluvialis into the non-motile, Ax-forming cell stage were analyzed. The cells accumulate Ax under light stress and nitrate deficiency, which resulted in additional changes of photosynthetic activity and increased abundances of transcripts and peptides from Ax and fatty acid metabolism. In addition, ABC transport proteins and cytochrome P450 enzymes with high abundance in non-motile cells were identified, which may ensure carotenoid transport across plastid membranes or catalyze the intraplastid oxidation of β-carotene, respectively. Functional characterization of the proteins could expand the molecular knowledge of Ax biosynthesis in H. pluvialis from which biotechnological adjustments for process optimization could be defined.