Regulation nd Manipulation der Tropanalkaloidbiosynthese in Atropa belladonna L.
Creators: name: Rothe, Grit
Publisher: name: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
Year: 2002
Subjects: Elektronische Publikation
Hochschulschrift
Zsfassung in engl. Sprache

description: Atropa belladonna Pflanzen und Wurzelkulturen akkumulieren verschiedene Tropanalkaloide: Hyoscyamin (gebildet auf dem Tropinonreduktase I-Weg) und Calystegine (gebildet auf dem Tropinonreduktase II-Weg). Die Regulation einzelner Schritte der Tropanalkaloidbiosynthese wurde durch genetische Transformation und veränderte Wachstumsbedingungen untersucht. Veränderungen der Biosynthese wurden durch Bestimmung der gesamten Tropanalkaloidakkumulation bezüglich Gehalt und Muster charakterisiert. Die Überexpression des Enzyms Putrescin-N-methyltransferase (PMT), das den ersten spezifischen Schritt innerhalb der Tropanalkaloidbiosynthese katalysiert, führte nicht zur Steigerung der Alkaloidakkumulation. Während PMT-überexprimierende T2-Pflanzen einen reduzierten Gesamtalkaloidgehalt aufwiesen, glich die Alkaloidakkumulation der transgenen Wurzelkulturen der des Wildtyps. Die Tropinonreduktion mittels Tropinonreduktase I oder II (TRI, TRII) stellt den nächsten wichtigen Verzweigungspunkt der Biosynthese dar. Die Rolle dieser Enzyme wurde mittels sense- und antisense-Transformation untersucht. Die TRI-Überexpression induzierte die TRI-Produktbildung deutlich. Durch eine erhöhte Saccharoseversorgung der Wurzelkulturen wurde der Tropanalkaloidgehalt, insbesondere der der Calystegine gesteigert. Die zusätzliche Halbierung des Mineralstoffgehaltes verstärkte diesen Effekt. Neben Saccharose wurden verschiedene Hexosen und Zuckeranaloga zur Unterscheidung der Zuckerwirkung als Nährstoff oder als Signal appliziert. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass der Zucker in den Wurzelkulturen sowohl als Kohlenstoffquelle als auch als Signalstoff wirkt. Zuckersignalwege interagieren mit Phytohormon- und Lichtwirkungen. Auxin, das die Alkaloidbiosynthese durch Hemmung der PMT in Gegenwart von Saccharose reduziert, erhöhte den Alkaloidgehalt in Kombination mit dem Osmotikum Sorbitol. Die Inkubation der Wurzelkulturen im Licht steigerte das Wachstum und die Alkaloidbildung zunächst, später wurde letztere reduziert. Die Elicitierung der Wurzelkulturen mit Methyljasmonat oder Abscisinsäure, bekannte Signaltransduktionsmoleküle pflanzlicher Abwehrreaktionen, führte zur Reduktion der gesamten Tropanalkaloidakkumulation.
description: Plants and root cultures of Atropa belladonna accumulate different tropane alkaloids: hyoscyamine (formed by tropinone reductase I way) together with calystegines (formed by tropinone reductase II way). Regulation of individual steps of tropane alkaloid biosynthesis was investigated. Alterations in the biosynthesis were recorded by determination of the tropane alkaloid accumulation patterns. Overexpression of the enzyme putrescine N-methyltransferase (PMT), which catalyzes the first step of the tropane alkaloid biosynthesis, did not enhance the alkaloid accumulation. PMT-overexpressing T2-plants showed a reduced total alkaloid content whereas the alkaloid accumulation of transgenic root cultures was comparable to the wild type. Tropinone reduction by tropinone reductase I or II (TRI, TRII) represents the next important point of the regulation of the pathway. The role of those enzymes was investigated by sense- and antisense-transformations. TRI-overexpression enhanced the synthesis of TRI-products significantly. The content of tropane alkaloids, calystegines in particular was increased by elevated sucrose supply to root cultures. Additional reduction of mineral content strengthened this effect. Beside sucrose several hexoses and sugar analogues were applied to distinguish the effect of sugar as nutrient versus signal. Results indicated that sugar acts as both, carbon source and signal compound in root cultures. Sugar signal pathways interact with those of phytohormones and light. Auxin, which decreases alkaloid synthesis by inhibition of the PMT in presence of sucrose, was shown to enhance alkaloid content in combination with osmoticum sorbitol. Incubation of root cultures in light showed first an increased growth and alkaloid accumulation, but later alkaloids decreased. Elicitation of root cultures by methyl jasmonate or abscisic acid, known signal transduction molecules in plant defence reactions, reduced total tropane alkaloid accumulation.