Es erfolgte eine Analyse der Regulation der chloroplastidären NADP-MDH und deren Rolle als poising-Mechanismus in Arabidopsis thaliana. Es wurden WT-Pflanzen im Kurztag (KT) oder im Langtag (LT) angezogen und dann einer Überreduktion durch Erhöhung der bereitgestellten Energie unterzogen. In KT- und LT-Pflanzen konnten unterschiedliche Strategien ermittelt werden, um überschüssige Elektronen zu entsorgen. Während KT-Pflanzen redox-vermittelte Akklimatisierungssignale benutzen, um eine bessere Lichtnutzung und ein optimiertes Redox-poising zu erreichen, herrscht in LT-Pflanzen der Schutz vor oxidativem Schaden vor. Es erfolgte eine Charakterisierung von im KT angezogenen NADP-MDH-knock-out-Pflanzen. Da schon unter Kontrollbedingungen erhöhte Aktivitäten von antioxidativen Enzymen vorlagen, reagieren NADP-MDH-KO-Pflanzen wie Pflanzen, die Starklicht-Intensitäten ausgesetzt sind. Die Kapazität der NADP-MDH wird transkriptional reguliert. Um die Signale und Interaktionspartner zu identifizieren, die die verstärkte Transkription der NADP-MDH vermitteln, wurde der Promotorbereich des Enzyms analysiert. Es konnten insgesamt 39 Proteine identifiziert werden, die möglicherweise die verstärkte Transkription der NADP-MDH vermitteln. Unter anderem wurde die Bindung von cytosolischer GAPDH innerhalb der kodierenden Sequenz des NADP-MDH-Gens wahrscheinlich gemacht und in vitro verifiziert. Die Bindestelle der cytosolischen GAPDH wurde auf einen 257 bp umfassenden Bereich eingegrenzt. Es wird postuliert dass es sich um einen regulierten Promotor mit upstream- und downstream-Elementen, sowie mit cis-Elementen innerhalb der CDS handelt. Daher handelt es sich bei dem Gen der NADP-MDH um einen null-core- oder einen distinct-INR-Promotor.

Neben dem förderlichen Effekt der Energiegewinnung stellt die Nutzung des Sonnenlichts auch Risiken für Pflanzen dar, insbesondere bei hohen Lichtintensitäten.Um die Balance aus Nutzen und Schaden der Lichtenergie gewährleisten zu können und sich schnell auf sich ändernde Lichtbedingungen einstellen zu können, verfügen Pflanzen über eine Vielzahl von Schutzmechanismen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mit Hilfe transgener Pflanzen die Rollen der chloroplastidären NADP-abhängigen Malatdehydrogenase (NADP-MDH) und der mitochondrialen Alternativen Oxidase (AOX) im Stoffwechsel von Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. näher zu charakterisieren. Die Analyse von nadp-mdh-knockout (ko)-Mutanten hat dabei auf erstaunliche Art und Weise verdeutlicht, wie flexibel der Metabolismus der Pflanze ist, um die Redoxhomöostase bei hohen Lichtintensitäten aufrecht zu erhalten und oxidative Schäden zu vermeiden. Überraschenderweise wurden bei diesen Mutanten selbst beim Wachstum unter hohen Lichtintensitäten keine Unterschiede zu entsprechenden Wildtyp (WT)-Pflanzen sichtbar. Jedoch konnten im Rahmen dieser Arbeit drei kompensatorische Stoffwechselwege aufgedeckt werden, welche die nadpmdh-ko-Pflanzen unter Starklichtbedingungen vor Photoinhibition schützen. So können die Mutanten durch eine erhöhte Aktivität des NTRC-Systems, höhere Photorespirationsraten und die Akkumulation von Prolin im Starklicht für den Erhalt der Redoxhomöostase sorgen und den Verlust der NADP-MDH ausgleichen. Zusätzlich wurden Untersuchungen zur Regulation der NADP-MDH-Expression durchgeführt. Die dazu durchgeführten Analysen der Promotorregion des NADP-MDH-Gens (At5g58330) bestätigten die Hypothese, dass regulatorische Elemente, die das komplexe Expressionsmuster der NADP-MDH in A. thaliana kontrollieren, im Laufe der Evolution in die kodierende Region des Gens verlagert wurden. In einem weiteren Ansatz wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit aox1a-ko-Mutanten untersucht. Eine Inhibition des Cytochrom-Wegs unter Verwendung von Antimycin A (AA), welches in WT-Pflanzen die Expression von AOX1A induziert, führte zu erheblichen Differenzen zwischen aox1a-ko-Mutanten und WT-Pflanzen. Zusammenfassend geben die Befunde eindeutige Hinweise darauf, dass die AOX1A-Isoform in A. thaliana insbesondere unter Stressbedingungen eine entscheidende Aufgabe bei der „Entsorgung“ überschüssiger Reduktionsäquivalente aus den Chloroplasten übernimmt. Auf diese Weise kommt der AOX1A-Isoform eine besondere Bedeutung bei der Optimierung der Photosyntheserate bzw. dem Schutz der photosynthetischen Elektronentransportkette vor Überreduktion zu. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass das Fehlen des AOX1A-Isoenzyms nach AA-Behandlung in A. thaliana zu einer erhöhten Expression der AOX1D-Isoform führt.