Traditional Medicinal Plants into New Traditions: A Botanical Study of Tulsi ($\textit{Ocimum tenuiflorum}$)
Creators: name: Ríos Rodríguez, Daniela
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021

description: Traditionelle medizinische Pflanzen (TMP) wurden schon lange von Menschen für Gesundheitsanwendungen eingesetzt. Heutzutage werden einige TMP als „Superfood“ beworben. Allerdings ist es fraglich, ob TMP einfach als Lebensmittel angesehen werden können, weil manche TMP giftige Verbindungen beinhalten, z.B. Tulsi bzw. Heiliges Basilikum (Ocimum tenuiflorum). Diese TMP produziert das genotoxische Phenylpropanoid Methyleugenol (ME), synthetisiert aus dem Enzym Eugenol O-Methyltransferase (EOMT). Trotzdem wird es aktuell als „Superfood“ beworben. Zusätzlich besteht bei Tulsi die Gefahr Lebensmittelbetrug. Deswegen wurde Tulsi als Fallstudie ausgewählt. Die Ziele dieser Forschungsarbeit sind einerseits den Mechanismus besser zu verstehen, der die Biosynthese von ME reguliert und andererseits für das Problem des Lebensmittelbetrugs eineTechnik zur Identifikation der richtigen Tulsi Spezies mittels DNA-Barcoding zu entwickeln. Zur Erreichung des ersten Ziels wurden die genetische Variation des EOMT Enzyms, der Phenylpropanoid-Weg und die subzelluläre Lokalisierung von EOMT untersucht. Die Ergebnisse zeigten Sequenzunterschiede der Nukleotidsequenz des EOMT Enzyms verschiedener Ocimum Arten innerhalb der Gattung. EOMT-basierte Phyolgenie erlaubte die Unterscheidung von zwei Gruppen, die erste benannt als Tulsi-Klade (O. tenuiflorum und O. gratissimum), die zweite benannt als Basilikum-Klade (O. basilicum, O. americanum, O. africanum und O. kilimandscharicum). Jedoch wurden Ähnlichkeiten gefunden zwischen den Sequenzen der Basilikum-Klade und ausschließlich O. gratissimum aus der Tulsi-Klade. Zusätzlich war O. gratissimum die einzige Art der Tulsi-Klade, die unter den verwendeten Wachstumsbedingungen kein ME produzierte, sowie ME auch von keiner der Arten der Basilikum-Klade produziert wurde. Deswegen wird die Hypothese aufgestellt, dass Ähnlichkeiten der Aminosäuresequenz in der Basilikum-Klade und O. gratissimum aus der TulsiKlade relevant sind für die Synthese von ME in der Gattung Ocimum. Diese Ergebnisse deuten auf eine starke genetische Komponente, welche bei der Synthese von ME eine Rolle spielt. Dann wurde der Phenylpropanoid-Weg bei O. tenuiflorum durch hohe Dosierung von UV-B Strahlung als Stressfaktor untersucht. Zwei Chemotypen von O. tenuiflorum wurden verwendet, Krishna und Rama. Die genetische Ausprägung mehrerer Enzyme zeigten unterschiedliche Regulierungsmuster des Phenylpropanoid-Wegs zur Synthese von ME im Vergleich zwischen den zwei Chemotypen. Die vorgelagerten Reaktionen zu ME in Rama schienen stark von dem Enzym Kaffeesäure O-Methyltransferase reguliert zu sein. Wohingegen bei Krishna, das Enzym Caffeoyl-CoA O-Methyltransferase auch eine wichtige Rolle zu spielen schien. Zusätzlich scheint es, dass neben Phenylalanin auch Tyrosin ein relevanter erster Ausgangsstoff des Phenylpropanoid-Wegs sein kann in Ocimum Arten. Die subzelluläre Lokalisierung von EOMT wurde im Nukleus und dem Cytosol von transformierten BY-2 Zellen gezeigt. Die cytosolische Lokalisierung von EOMT entspricht der Lokalisierung anderer Komponenten des Phenylpropanoid-Wegs, mit Enzymen wie PAL und Eugenol-Synthase. Jedoch wurde die nukleäre Lokalisierung von EOMT in dieser Arbeit erstmalig gezeigt, sodass weitere Forschung dazu notwendig ist, um dieses Ergebnis zu verstehen. Das zweite Ziel war das Problem des Lebensmittelbetrugs durch DNA-Barcoding zu adressieren. DNABarcoding zur Identifikation von O. tenuiflorum in kommerziellen Proben wurde erreicht durch eine einstufige Technik mit einem merkmalsunabhängigen Marker (psbA-trnH igs) und mit einem merkmalsabhängigen Marker erreicht (EOMT’). Der letztgenannte basierte auf dem Enzym EOMT. Diese Untersuchungsmethode erlaubt die Unterscheidung von O. tenuiflorum von anderen Ocimum Arten in Referenzpflanzen und kommerziellen Proben. Insgesamt zeigte die Tulsi Fallstudie die Komplexität dabei eine spezifische TMP als Lebensmittel oder „Superfood“ zu erwägen. Darüber hinaus stellte diese Fallstudie den Forschungsbedarf heraus bei der Regulierung der Stoffwechselproduktsynthese in Pflanzen und DNA-Barcoding Techniken. Deswegen wird empfohlen mehr vorsorgliche Forschung durchzuführen, bevor eine TMP als Lebensmittel oder sogar als sogenanntes „Superfood“ betrachtet wird.