title: Phylogenetische Untersuchungen von BAHD-Acyltransferasen in Lamiaceen und Boraginaceen
title: Phylogenetic examinations of BAHD-Acyltransferases in Lamiaceae and Boraginaceae
Creators: name: Benner, Johannes
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Boraginaceae
BAHD-Acyltransferases
BAHD-Acyltransferase
Phylogenie
Lamiaceae
phylogeny
Medizin, Gesundheit

description: Pflanzen produzieren eine Fülle von
      Metaboliten mit geringer molekularer Masse. Nur wenige
      gehören zum primären Metabolismus, den alle Organismen
      teilen, der Rest wird dem Sekundärstoffwechsel zugerechnet.
      Die Biogenese der Sekundärmetabolite ist von der begrenzten
      Zahl der Primärmetabolite abzuleiten. Weiter sind
      Sekundärmetabolite zahlreich und in allen höheren Pflanzen zu
      finden. Dadurch kann das Vorkommen und die Biosynthese von
      Sekundärstoffen eine phylogenetische Ordnung von Pflanzen
      ermöglichen. In dieser Arbeit wurden zwei Enzyme der
      Biosynthese von Caffeoylshikimisäure und Rosmarinsäure
      untersucht. Rosmarinsäure macht den Hauptbestandteil der
      sogenannten Labiatengerbstoffe aus. Sie besitzt antivirale,
      antibakterielle und antiinflammatorische Eigenschaften.
      Caffeoylshikimisäure hingegen ist eine Vorstufe der
      Monolignole. Monolignole wiederum sind Grundbausteine des
      Lignins. Die Ausgangssubstanzen dieser beiden
      Sekundärmetabolite sind die Aminosäure L-Phenylalanin und,
      ebenfalls aus dem Skimatweg, L-Tyrosin bzw. Shikimisäure. An
      der Biosynthese der Rosmarinsäure sind insgesamt acht Enzyme
      beteiligt, darunter auch die
      Hydroxycinnamoyl-CoA:Hydroxyphenyllactat
      Hydroxycinnamoyltransferase oder Rosmarinsäuresynthase (RAS).
      An die Stelle der RAS tritt bei der Biosynthese der
      Monolignole die Hydroxycinnamoyl-CoA:Shikimat
      Hydroxycinnamoyltransferase (HST). Diese
      Hydroxycinnamoyltransferasen (HCT) gehören zur
      Proteinsuperfamilie der BAHD-Acyltransferasen, die im
      Pflanzenreich ubiquitär verbreitet sind.
      BAHD-Acyltransferasen sind monomere Enzyme mit einem
      Molekulargewicht von 48-55 kDa. Die Abkürzung BAHD leitet
      sich aus den ersten biochemisch charakterisierten Enzymen der
      Familie ab. HCTs katalysieren sehr ähnliche Reaktionen und
      weisen untereinander eine recht hohe Sequenzähnlichkeit auf.
      Fast alle bekannten Mitglieder der BAHD-Familie enthalten das
      an der Katalyse beteiligte HXXXDG-Motiv im mittleren Bereich
      des Proteins und das in der Nähe des C-Terminus lokalisierte
      DFGWG-Motiv. Im Verlauf der vorliegenden Arbeit konnten
      putative RAS- und HST-Teilsequenzen aus verschiedenen, nahe
      verwandten Pflanzenarten gewonnen werden. Die putativen
      Teilsequenzen haben eine ungefähre Länge von ca. 220
      Aminosäuren und befinden sich zwischen den stark
      konservierten Motiven HXXXDG und DFGWG. Putative
      RAS-Teilsequenzen wurden ausschließlich aus Pflanzen der
      Familie der Lamiaceae isoliert. Putative HST-Teilsequenzen
      wurden hauptsächlich in Pflanzen der Familien der Lamiaceae
      und Boraginaceae gefunden. Die Teilsequenzen wurden
      verwendet, um phylogenetische Stammbäume, u.a. auch zusammen
      mit bereits bekannten HCTs zu erstellen. Der berechnete
      phylogenetische Baum wurde in drei Cluster unterteilt. In den
      jeweiligen Clustern befinden sich die putativen RAS- und
      HST-Teilsequenzen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass
      beide Synthesewege eine alte Fähigkeit darstellen, die sich
      in Abhängigkeit von einem gemeinsamen Ursprung entwickelt
      haben. Für eine konkrete phylogenetische Aussage ist die
      Anzahl der Taxa jedoch sicherlich unzureichend. Es konnten
      aber Tendenzen und evolutionäre Unterschiede abgelesen und
      bewertet werden. Weiter wurden konservierte Sequenzmotive
      innerhalb der Teilsequenzen identifiziert. Innerhalb der
      putativen RAS- und HST-Teilsequenzen konnten dabei mehrere
      unterschiedliche Sequenzmotive identifiziert werden. In
      Modelldarstellungen ist ersichtlich, dass diese Sequenzmotive
      hauptsächlich um den Kanal des aktiven Zentrums angeordnet
      sind. Die konservierten Sequenzmotive der Teilstücke wurden
      mit bereits bekannten Motiven abgeglichen und Theorien über
      deren mögliche biochemische Eigenschaft diskutiert. Außerdem
      konnte eine bisher unbekannte Volllängensequenz aus Beinwell
      (Symphytum officinale, Boraginaceae) isoliert werden. Hierbei
      handelt es sich wahrscheinlich um eine
      Hydroxycinnamoyltransferase, die jedoch nicht exprimiert und
      biochemisch charakterisiert werden konnte. Die
      Volllängensequenz wurde in einen evolutionären Kontext
      gesetzt, in silico modelliert und die Daten entsprechend
      ausgewertet. Daten in Bezug auf Sequenzvergleiche deuteten
      zuerst auf eine putative HST hin. Im weiteren Verlauf der
      Arbeit zeigte sich jedoch bei der Berechnung von Phylogrammen
      unterschiedlicher Sequenzen, dass die Sequenz aus Symphytum
      officinale eher in die evolutionäre Entwicklung der
      RAS-Enzyme einzuordnen ist. Die Sequenz scheint sich sehr
      früh im evolutionären Kontext innerhalb der RAS-Gruppe
      entwickelt zu haben. Sie ist die erste Sequenz, die sich von
      den übrigen RAS-Sequenzen an einem eigenen Ast abkoppelt. Sie
      befindet sich somit auch in direktem verwandtschaftlichem
      Verhältnis zu der HST-Gruppe und könnte eventuell eine
      evolutionäre Verbindung zwischen der HST- und der RAS-Gruppe
      herstellen. Hier könnte eine baldige biochemische
      Charakterisierung sehr viel Klarheit schaffen und damit die
      getroffenen Annahmen in dieser Arbeit faktenbasiert
      analysiert werden.
description: This thesis is about the
      phylogenetic relationship of different Lamiaceae and
      Boraginaceae. I examine the BAHD-Acyltransferase Rosmarinic
      acid synthase and Hydroxyshikimic acid synthase in different
      plants of these families on the level of gDNA and cDNA with
      different PCR-methods. After identification of different
      putative gene fragments, I generated a phylogenetic tree to
      obtain new informations about the relationship of the plants
      in these families.