Untersuchungen über die Redoxregulation der Glutathionsynthese und Charakterisierung von Glutaredoxinen in Spinat

Die an der Glutathionsynthese im Chloroplasten von Spinatblättern beteiligten Enzyme sind auf eine lichtabhängige Regulation durch Thioredoxine (Trx) und Glutaredoxine (Grx) hin untersucht worden. Dazu wurde eine neue, vereinfachte Methode zur Aktivitätsbestimmung für die gamma-Glutamylcystein- und Glutathionsynthetase auf der Kapillarelektrophorese entwickelt. Untersuchungen mit den homologen Thioredoxinen Trx m und Trx f aus Spinatchloroplasten und mit dem E.coli Trx und E.coli Grx 1 zeigten, dass bei beiden Enzymen keine Redoxmodulation durch diese Proteine stattfindet. Weitere Untersuchungen mit der Glutathionsynthetase zeigten keinen Einfluss von Dithiothreit, Sulfit-Ionen und Ascorbat auf die Enzymaktivität. Nur H2O2, in unphysiologischen Konzentrationen, bewirkte eine leichte Abnahme der Ausgangsaktivität. Im Fall der gamma-Glutamylcysteinsynthetase konnten verschiedene Einflüsse ausgemacht werden. So war mit Dithiothreit und H2O2 bei niedrigen Konzentrationen eine Stimulation und bei höheren Konzentration eine Inhibition der Enzymaktivität festzustellen: Sulfit-Ionen zeigten eine starke Stimulierung der gamma-Glutamylcysteinsynthetase über einen weiten Konzentrationsbereich, wobei eine starke pH-Wert-Abhängigkeit der Stimulation zu beobachten war. Ascorbat zeigte, wie bei der Glutathionsynthetase, keinen Einfluss auf die Enzymaktivität der gamma-Glutamyl-cysteinsynthetase. In einem zweiten Teil der Arbeit über die Glutaredoxine des Spinats konnte ein 12,4 kDa Protein mit Thioltransferase-Aktivität, das bisher als cytosolisches Glutaredoxin beschrieben wurde, aufgereinigt und mittels N-terminaler Sequenzierung eindeutig als ein Glutaredoxin identifiziert werden. Überdies konnte ein noch nicht beschriebenes 12,8 kDa Protein mit Thioltransferase-Aktivität aus Spinatchloroplasten aufgereinigt werden. Durch Peptid-Sequenzierung gelang es dieses Protein auch als ein Glutaredoxin zu identifizieren. Beide pflanzlichen Glutaredoxine zeigten keine Modulation der Aktivitäten der chloroplastidären Fructosebisphosphatase (FbPase) und NADPH-Malatdehydrogenase (NADPH-MDH). Auch war mit beiden Glutaredoxinen keine Dehydroascorbatreduktase-Aktivität, oder eine Stimulation der Ribonucleotidreduktase aus Lactobacillus leichmannii festzustellen.

Within-canopy sesquiterpene ozonolysis in Amazonia

Through rapid reactions with ozone, which can initiate the formation of secondary organic aerosols, the emission of sesquiterpenes from vegetation in Amazonia may have significant impacts on tropospheric chemistry and climate. Little is known, however, about sesquiterpene emissions, transport, and chemistry within plant canopies owing to analytical difficulties stemming from very low ambient concentrations, high reactivities, and sampling losses. Here, we present ambient sesquiterpene concentration measurements obtained during the 2010 dry season within and above a primary tropical forest canopy in Amazonia. We show that by peaking at night instead of during the day, and near the ground instead of within the canopy, sesquiterpene concentrations followed a pattern different from that of monoterpenes, suggesting that unlike monoterpene emissions, which are mainly light dependent, sesquiterpene emissions are mainly temperature dependent. In addition, we observed that sesquiterpene concentrations were inversely related with ozone (with respect to time of day and vertical concentration), suggesting that ambient concentrations are highly sensitive to ozone. These conclusions are supported by experiments in a tropical rain forest mesocosm, where little atmospheric oxidation occurs and sesquiterpene and monoterpene concentrations followed similar diurnal patterns. We estimate that the daytime dry season ozone flux of -0.6 to -1.5 nmol m(-2) s(-1) due to in-canopy sesquiterpene reactivity could account for 7%-28% of the net ozone flux. Our study provides experimental evidence that a large fraction of total plant sesquiterpene emissions (46%-61% by mass) undergo within-canopy ozonolysis, which may benefit plants by reducing ozone uptake and its associated oxidative damage.

Use of microprojectile bombardment in transient expression assays to analyze protochlorophyllide reductase gene expression in greening maize seedling leaf cells

In young cells of leaf meristems the progenitors of chloroplasts are small organelles known as proplastids, which divide and differentiate into chloroplasts. However, in the absence of light, proplastids undergo a different sequence of development and become etioplasts. When light is supplied to etiolated plants during the "greening" process, etioplasts differentiate into chloroplasts containing chlorophyll. An important light dependent step in chlorophyll biosynthesis is the photoreduction of protochlorophyllide to chlorophyllide by the NADPH:protochlorophyllide reductase (PCR) enzyme. This enzyme is present at high activity only in etiolated tissue and during early stages of light-induced chlorophyll synthesis. The enzyme and its corresponding mRNAs decrease dramatically with prolonged exposure to light. We have investigated the light-dependent transcriptional regulation of a PCR gene in greening maize leaf cells using a transient expression assay based on microprojectile bombardment. The promoter region was isolated and cloned into a ?-glucuronidase (GUS) reporter gene expression plasmid. We have used this chimeric plasmid in tungsten particle bombardment of both etiolated and greening maize seedling leaves to determine whether the cloned promoter region contains regulatory sequences that control light-responsive PCR gene expression.

Chlorophyll fluorescence as a marker for herbicide mechanisms of action

Photosynthesis is the single most important source of 02 and organic chemical energy necessary to support all non-autotrophic life forms. Plants compartmentalize this elaborate biochemical process within chloroplasts in order to safely harness the power of solar energy and convert it into usable chemical units. Stresses (biotic or abiotic) that challenge the integrity of the plant cell are likely to affect photosynthesis and alter chlorophyll fluorescence. A simple three-step assay was developed to test selected herbicides representative of the known herbicide mechanisms of action and a number of natural phytotoxins to determine their effect on photosynthesis as measured by chlorophyll fluorescence. The most active compounds were those interacting directly with photosynthesis (inhibitors of photosystem I and II), those inhibiting carotenoid synthesis, and those with mechanisms of action generating reactive oxygen species and lipid peroxidation (uncouplers and inhibitors of protoporphyrinogen oxidase). Other active compounds targeted lipids (very-long-chain fatty acid synthase and removal of cuticular waxes). Therefore, induced chlorophyll fluorescence is a good biomarker to help identify certain herbicide modes of action and their dependence on light for bioactivity. Published by Elsevier B.V.

Can overharvesting of a non-timber-forest-product change the regeneration dynamics of a tropical rainforest? The case study of Euterpe edulis

The exploitation of non-timber forest products is often considered a low-impact activity in tropical forests. However, assessments of the impacts of such activity are mostly focused on the harvested species and not on the plant community, thus limiting our understanding for establishing forest management recommendations. We investigated the consequences of Euterpe edulis palm heart harvesting on the seed rain in the Brazilian Atlantic rainforest. We compared the density of E. edulis individuals, as well as the density of E. edulis seeds, and the density, richness and functional composition of seed rain of the whole plant community, before and after palm heart harvesting in a 10 ha permanent plot. This assessment was carried out in preserved (typical old-growth Atlantic rainforest) and in disturbed (more open habitat dominated by the native bamboo Guadua tagoara) forest patches. Palm harvesting reduced the E. edulis population from 202.16 to 25.67 ind/ha and its seed rain density from 0.362 to 0.3 seeds/m2 and from 2.395 to 0.15 seeds/m2 in preserved and disturbed forest patches, respectively. Seed density of light-dependent climbers, pioneer trees, bamboo and animal-dispersed seeds increased after palm harvesting, especially in the disturbed forest patches, where palm harvesting was more intense and may have changed the light regime of the understory. On the other hand, species richness of the plant community declined by half. We observed a remarkable decline in the number of animal-dispersed species, especially for those with large seeds, suggesting that the activity of seed dispersers, including many species attracted by E. edulis fruits, was reduced. Therefore, harvesting of E. edulis palm heart may change the regeneration dynamics of the Atlantic rainforest, both due to shifts in forest structure, mediated by the removal of individuals from the forest canopy, and in community functioning, mediated by the interference on the activity of seed dispersers. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Desenvolvimento de equipamento multifuncional portátil de baixo custo para determinações fotométricas, turbidimétricas, nefelométricas e fluorimétricas

Pós-graduação em Química - IQ

Molekulare Charakterisierung der Centrin-Isoformen in der Retina von Säugetieren

Centrine sind Mitglieder einer hoch konservierten Überfamilie von Ca2+-bindenden Proteinen mit EF-Hand Motiven. Bislang sind vier Centrin-Isoformen bei Säugern beschrieben worden, die in diversen Zellen in der Regel mit Centriolen von Centrosomen oder Centrosomen-verwandten Strukturen assoziiert sind. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die vier Centrin-Isoformen bezüglich der Expression in verschiedenen Geweben untersucht. Dabei lag der Hauptfokus auf Untersuchungen der Centrine in den Photorezeptorzellen der Retina. Analysen auf subzellulärer Ebene brachten Klarheit über die differenzielle Lokalisation der verschiedenen Isoformen in der Retina. Mit Hilfe von verschiedenen Methoden konnten Wechselwirkungspartner in der Retina identifiziert werden, die eine Rolle in der visuellen Signaltransduktionskaskade spielen. Dabei könnten Centrine einem Regelmechanismus angehören, der wichtige Translokationsprozesse dieser Proteine regelt. In den Photorezeptorzellen der Säugetierretina werden die vier Isoformen exprimiert, die in den Strukturen des Cilienapparates differenziell lokalisiert sind. Dabei beschränkt sich ihre Lokalisation entweder auf den Basalkörper (Centrin 4), auf das Verbindungscilium (Centrin 1) oder sie sind in beiden Strukturen zu finden (Centrin 2 und 3). In den nicht- Photorezeptorzellen der Retina sind die Isoformen Centrin 2 und 3 zudem an den Centriolen der Centrosomen lokalisiert. In der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal gezeigt, dass alle Centrin-Isoformen in ein und derselben Zelle, der Photorezeptorzelle, koexprimiert werden und dabei subzellulär kolokalisiert sind. Im Weiteren konnte die ubiquitäre Expression von Centrin 2 und 3 in allen untersuchten Geweben an Centrosomen bestätigt werden. Centrin 1 und 4 hingegen werden nur in Geweben mit Cilien-tragenden Zellen exprimiert. Die Funktion der Centrine wird nicht nur durch Bindung von Ca2+, sondern auch durch Phosphorylierungen reguliert. Alle Sequenzen der Centrine weisen diverse mögliche Phosphorylierungsstellen für unterschiedliche Proteinkinasen auf. Die Ergebnisse aller durchgeführten in vitro und ex vivo Phosphorylierungs „Assays“ zeigen eine licht-abhängige Phosphorylierung der Centrin-Isoformen in der Retina. Dabei war in der dunkel-adaptierten Retina die Phosphorylierung vor allem von Centrin 1 und 2 erhöht. Weiterführende Experimente mit Kinase-Inhibitoren wiesen darauf hin, dass vor allem die Proteinkinase CKII eine bedeutende Rolle bei der Centrin-Phosphorylierung in der Retina einnimmt. Centrine sind die ersten Cytoskelettkomponenten, deren Phosphorylierungsgrad lichtabhängig moduliert wird. Diese Ergebnisse weisen auf einen Signalweg, der zwischen der visuellen Signaltransduktionskaskade und der Regulation der Centrin-Aktivität vermittelt, hin. Bei der Suche nach Centrin-Bindungspartnern gelang mit Hilfe von Centrin 1 Blot „Overlay Assays“ der Durchbruch. Der neuartige Ansatz zeigte, dass ausschließlich Ca2+-aktiviertes Centrin 1 mit Proteinen aus der Retina interagierte. Nach der Identifikation eines 37 kDa-Proteins als die β-Untereinheit des visuellen G-Proteins Transducin wurden die Untersuchungen auf diesen Interaktionspartner fokussiert. Die Ergebnisse der hier durchgeführten biochemischen und biophysikalischen Protein-Protein Interaktionsexperimente zeigen insgesamt folgendes: ⇒ Alle vier Centrine interagieren mit Transducin, wobei Centrin 3 die geringste Affinität zu Transducin hat. ⇒ Die Assemblierung der Centrin•G-Protein-Komplexe ist strikt Ca2+-abhängig. ⇒ Die Centrine binden sowohl an das isolierte Gtβγ-Heterodimer als auch an den heterotrimeren Gt-holo-Proteinkomplex, nicht aber an Gtα. Die quantitativen immunoelektronenmikroskopischen Analysen zeigen im Weiteren, dass sich die Komplexe aus Transducin und Centrin 1 bis 3 wahrscheinlich in einer Subdomäne des Verbindungsciliums der Photorezeptorzellen ausbilden. Dabei dürfte die Ausbildung der Komplexe an der Regulation der lichtinduzierten Translokation von Transducin zwischen Innen- und Außensegment der Photorezeptorzellen beteiligt sein. Dieser Translokationsmechanismus wird als ein wichtiger Bestandteil der Langzeitadaption der Signaltransduktionskaskade der Säugerretina diskutiert. Der neuartige Regelmechanismus der molekularen Translokationen, in dem Centrine involviert sind, ist außergewöhnlich und dürfte über die speziellen Photorezeptorzellen hinaus von weit reichender Bedeutung sein.

Charakterisierung funktioneller Domänen von Centrin-Isoformen

Centrine sind kleine Ca2+-bindende Proteine aus der Familie der EF-Hand Proteine. Erstmals wurden Centrine als Hauptbestandteil der kontraktilen Flagellenwurzeln von Grünalgen beschrieben. Mittlerweile konnten Centrine in nahezu allen eukaryotischen Organismen nachgewiesen werden. In Säugetieren wurden bis zu vier Isoformen identifiziert, die an Centrosomen oder davon abgeleiteten Strukturen, wie Spindelpolkörpern und Basalkörper, aber auch in Übergangszonen von Cilien exprimiert werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Centrine im zellulären Kontext der Photorezeptorzellen nicht nur durch die Bindung von Ca2+ reguliert werden, sondern auch durch reversible Phosphorylierungen. Die Phosphorylierung der Centrin-Isoformen findet in der Retina von Vertebraten lichtabhängig während der Dunkeladaption statt. Die Protein Kinase CK2 (CK2) ist für die beschriebenen lichtabhängigen Phosphorylierungen hauptverantwortlich. Obwohl alle Centrin-Isoformen mehrere mögliche Zielsequenzen für die CK2 besitzen, kommt es nur zur Phosphorylierung einer einzigen Aminosäure in Cen1p, Cen2p und Cen4p. Im Gegensatz dazu stellt die Isoform Cen3p kein Substrat für die CK2 dar. Zudem wurden hier erstmals Phosphatasen identifiziert, die in der Lage sind Centrine zu dephosphorylieren. Die Dephosphorylierung durch die PP2Cund PP2C ist sehr spezifisch, da keine andere Phosphatase der Retina die CK2-vermittelte Phosphorylierung der Centrine rückgängig machen kann. Hoch auflösende licht- und elektronenmikroskopische Analysen zeigten erstmals, dass die Centrine sowohl mit der CK2 als auch mit der PP2C im Verbindungscilium der Photorezeptorzellen colokalisiert sind. Cen1p und CK2 sind in der Lage, direkt an Mikrotubuli zu binden, was die notwendige räumliche Nähe zwischen Enzymen und Substrat herstellt. Bisherige Arbeiten zeigten, dass alle Centrine Ca2+-abhängig mit dem visuellen G-Protein Transducin interagieren. Diese Wechselwirkung dürfte an der Regulation der lichtabhängigen Translokation des visuellen G-Proteins Transducin zwischen dem Außen- und dem Innensegment der Photorezeptorzelle beteiligt sein. In der vorliegenden Arbeit zeigten Interaktionsstudien, dass die Bindungsaffinitäten der Centrine für Transducin durch die CK2-vermittelte Phosphorylierung drastisch verringert wurden. Dieser beobachtete Effekt beruht auf deutlich verringerten Ca2+-Affinitäten der Centrin-Isoformen nach der CK2-vermittelten Phosphorylierung. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiger Regulationsmechanismus der Centrine in den Photorezeptorzellen der Vertebraten beschrieben. Centrine werden nicht nur durch Ca2+-Bindung zur Bildung von Protein Komplexen stimuliert, sondern durch die Phosphorylierung zum Auflösen dieser Komplexe angeregt. Damit reguliert die CK2-vermittelte, lichtabhängige Phosphorylierung der Centrine möglicherweise ebenfalls die adaptive Translokation des visuellen G-Proteins Transducin zwischen dem Außen- und Innensegment der Photorezeptorzellen.

Hsp70-Chaperone und ihre Rolle bei der Thylakoidmembranbiogenese im Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803

Im Genom des Cyanobakteriums Synechocystis sp. PCC6803 sind vier homologe Hsp70-Proteine kodiert. Im Rahmen dieser Arbeit konnten neue Erkenntnisse über die möglichen Funktionen der einzelnen Mitglieder der Hsp70-Proteinfamilie in dem Modellorganismus gewonnen bzw. bekannte Aufgabenbereiche erweitert werden. Wie für E. coli schon gezeigt, konnte auch für Synechocystis sp. nachgewiesen werden, dass eine Deletion des ribosomassoziierten Chaperons Trigger Factor ohne Beeinträchtigung der Zellviabilität möglich ist. Darüber hinaus war auch eine Doppeldeletion mit dnaK1 durchführbar. Als Auswirkung der Deletion ließ sich in den jeweiligen Deletionsstämmen eine veränderte Expression der homologen Hsp70-Proteine und Trigger Factor nachweisen. Mit Hilfe der Synechocystis sp.-Mutationsstämme ∆dnaK1, ∆dnaK2, ∆dnaK3, ∆tig und ∆dnaK1∆tig wurden Auswirkungen der Deletion bzw. Depletion umfassend dargestellt und daraus hervorgehende putative Funktionen eingehend diskutiert. Die Reduzierung der zellulären DnaK3-Konzentration um etwa 70 % führte im Depletionsstamm ΔdnaK3 zu weitreichenden physiologischen Änderungen hinsichtlich photosynthetischer Prozesse. Zusammen mit einer lichtabhängigen Expression, konnte DnaK3 als essentieller Faktor für die funktionelle Aufrechterhaltung der Thylakoidmembran identifiziert werden. Durch die Analyse des Proteoms und Lipidoms dunkeladaptierter Synechocystis sp.-Zellen konnte im Vergleich zu älteren Studien eine erheblich größere Anzahl von Proteinen detektiert und quantifiziert werden, womit neue Erkenntnisse über die physiologischen Veränderungen unter heterotrophem Wachstum sowie der Thylakoidmembranbiogenese gewonnen werden konnten.

Azo-propofols: photochromic potentiators of GABA(A) receptors

Shine and rise! GABA(A) receptors are ligand-gated chloride ion channels that respond to γ-aminobutyric acid (GABA), which is the major inhibitory neurotransmitter of the mammalian central nervous system. Azobenzene derivatives of propofol, such as compound 1 (see scheme), increase GABA-induced currents in the dark form and lose this property upon light exposure and thus function as photochromic potentiators. Compound 1 can be employed as a light-dependent general anesthetic in translucent tadpoles.

Satellite-Detected Fluorescence Reveals Global Physiology of Ocean Phytoplankton

Phytoplankton photosynthesis links global ocean biology and climate-driven fluctuations in the physical environment. These interactions are largely expressed through changes in phytoplankton physiology, but physiological status has proven extremely challenging to characterize globally. Phytoplankton fluorescence does provide a rich source of physiological information long exploited in laboratory and field studies, and is now observed from space. Here we evaluate the physiological underpinnings of global variations in satellite-based phytoplankton chlorophyll fluorescence. The three dominant factors influencing fluorescence distributions are chlorophyll concentration, pigment packaging effects on light absorption, and light-dependent energy-quenching processes. After accounting for these three factors, resultant global distributions of quenching-corrected fluorescence quantum yields reveal a striking consistency with anticipated patterns of iron availability. High fluorescence quantum yields are typically found in low iron waters, while low quantum yields dominate regions where other environmental factors are most limiting to phytoplankton growth. Specific properties of photosynthetic membranes are discussed that provide a mechanistic view linking iron stress to satellite-detected fluorescence. Our results present satellite-based fluorescence as a valuable tool for evaluating nutrient stress predictions in ocean ecosystem models and give the first synoptic observational evidence that iron plays an important role in seasonal phytoplankton dynamics of the Indian Ocean. Satellite fluorescence may also provide a path for monitoring climate-phytoplankton physiology interactions and improving descriptions of phytoplankton light use efficiencies in ocean productivity models.

Chlorophyll Breakdown in Senescent Arabidopsis Leaves. Characterization of Chlorophyll Catabolites and of Chlorophyll Catabolic Enzymes Involved in the Degreening Reaction

During senescence, chlorophyll (chl) is metabolized to colorless nonfluorescent chl catabolites (NCCs). A central reaction of the breakdown pathway is the ring cleavage of pheophorbide (pheide) a to a primary fluorescent chl catabolite. Two enzymes catalyze this reaction, pheide a oxygenase (PAO) and red chl catabolite reductase. Five NCCs and three fluorescent chl catabolites (FCCs) accumulated during dark-induced chl breakdown in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). Three of these NCCs and one FCC (primary fluorescent chl catabolite-1) were identical to known catabolites from canola (Brassica napus). The presence in Arabidopsis of two modified FCCs supports the hypothesis that modifications, as present in NCCs, occur at the level of FCC. Chl degradation in Arabidopsis correlated with the accumulation of FCCs and NCCs, as well as with an increase in PAO activity. This increase was due to an up-regulation of Pao gene expression. In contrast, red chl catabolite reductase is not regulated during leaf development and senescence. A pao1 knockout mutant was identified and analyzed. The mutant showed an age- and light-dependent cell death phenotype on leaves and in flowers caused by the accumulation of photoreactive pheide a. In the dark, pao1 exhibited a stay-green phenotype. The key role of PAO in chl breakdown is discussed.

Chlorophyll breakdown: Pheophorbide a oxygenase is a Rieske-type iron-sulfur protein, encoded by the accelerated cell death 1 gene

Chlorophyll (chl) breakdown during senescence is an integral part of plant development and leads to the accumulation of colorless catabolites. The loss of green pigment is due to an oxygenolytic opening of the porphyrin macrocycle of pheophorbide (pheide) a followed by a reduction to yield a fluorescent chl catabolite. This step is comprised of the interaction of two enzymes, pheide a oxygenase (PaO) and red chl catabolite reductase. PaO activity is found only during senescence, hence PaO seems to be a key regulator of chl catabolism. Whereas red chl catabolite reductase has been cloned, the nature of PaO has remained elusive. Here we report on the identification of the PaO gene of Arabidopsis thaliana (AtPaO). AtPaO is a Rieske-type iron–sulfur cluster-containing enzyme that is identical to Arabidopsis accelerated cell death 1 and homologous to lethal leaf spot 1 (LLS1) of maize. Biochemical properties of recombinant AtPaO were identical to PaO isolated from a natural source. Production of fluorescent chl catabolite-1 required ferredoxin as an electron source and both substrates, pheide a and molecular oxygen. By using a maize lls1 mutant, the in vivo function of PaO, i.e., degradation of pheide a during senescence, could be confirmed. Thus, lls1 leaves stayed green during dark incubation and accumulated pheide a that caused a light-dependent lesion mimic phenotype. Whereas proteins were degraded similarly in wild type and lls1, a chl-binding protein was selectively retained in the mutant. PaO expression correlated positively with senescence, but the enzyme appeared to be post-translationally regulated as well.

Dithiothreitol triggers photooxidative stress and fragmentation of the large subunit of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase in intact pea chloroplasts

In intact chloroplasts isolated from mature pea leaves (Pisum sativum L.), the large subunit (LSU) of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco, EC 4.1.1.39) was rapidly fragmented into several products upon illumination in the presence of 1 mM dithiothreitol (DTT). Very similar effects on LSU stability could be observed when illuminated chloroplasts were poisoned with cyanide which, like DTT, inhibits important plastid antioxidant enzymes, or when a light-dependent hydroxyl radical-producing system was added to the incubation medium. Moreover, DTT-stimulated light degradation of LSU was markedly delayed in the presence of scavengers of active oxygen species (AOS). It is therefore suggested that light degradation of LSU in the presence of DTT is mainly due to inhibition of the chloroplast antioxidant defense system and the subsequent accumulation of AOS in intact organelles. When chloroplasts were isolated from nonsenescent or senescent leaves, LSU remained very stable upon incubation without DTT, indicating that the antioxidant system was still functional in the isolated chloroplasts during leaf ageing. Our data support the notion that AOS might be important for the degradation of Rubisco in vivo under oxidative stress.

A comprehensive assessment of environmental ultraviolet radiation induced DNA damage in marine microorganisms

There is evidence that ultraviolet radiation (UVR) is increasing over certain locations on the Earth's surface. Of primary concern is the annual pattern of ozone depletion over Antarctica and the Southern Ocean. Reduction of ozone concentration selectively limits absorption of solar UV-B (290–320 nm), resulting in higher irradiance at the Earth's surface. The effects of ozone depletion on the human population and natural ecosystems, particularly the marine environment, are a matter of considerable concern. Indeed, marine plankton may serve as sensitive indicators of ozone depletion and UV-B fluctuations. Direct biological effects of UVR result from absorption of UV-B by DNA. Once absorbed, energy is dissipated by a variety of pathways, including covalent chemical reactions leading to the formation of photoproducts. The major types of photoproduct formed are cyclobutyl pyrimidine dimer (CPD) and pyrimidine(6-4)pyrimidone dimer [(6-4)PD]. Marine plankton repair these photoproducts using light-dependent photoenzymatic repair or nucleotide excision repair. The studies here show that fluctuations in CPD concentrations in the marine environment at Palmer Station, Antarctica correlate well with ozone concentration and UV-B irradiance at the Earth's surface. A comparison of photoproduct levels in marine plankton and DNA dosimeters show that bacterioplankton display higher resistance to solar UVR than phytoplankton in an ozone depleted environment. DNA damage in marine microorganisms was investigated during two separate latitudinal transects which covered a total range of 140°. We observed the same pattern of change in DNA damage levels in dosimeters and marine plankton as measured using two distinct quantitative techniques. Results from the transects show that differences in photosensitivity exist in marine plankton collected under varying UVR environments. Laboratory studies of Antarctic bacterial isolates confirm that marine bacterioplankton possess differences in survival, DNA damage induction, and repair following exposure to UVR. Results from DNA damage measurements during ozone season, along a latitudinal gradient, and in marine bacterial isolates suggest that changes in environmental UVR correlate with changes in UV-B induced DNA damage in marine microorganisms. Differences in the ability to tolerate UVR stress under different environmental conditions may determine the composition of the microbial communities inhabiting those environments. ^