Die Camalexinbiosynthese und deren Regulation in Arabidopsis thaliana
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Camalexin ist das charakteristische Phytoalexin von Arabidopsis thaliana und ist entscheidend an der chemischen Abwehr von Pilzerkrankungen beteiligt. In diesem Projekt wurden weitere Fortschritte bei der Aufklärung der Camalexinbiosynthese erzielt. Camalexin wird ausgehend von Tryptophan und Glutathion synthetisiert. Dabei wird das Intermediat Indol-3-Acetonitril (IAN) aktiviert und glutathionyliert, wobei anschließend die Aminosäuren Glutamat und Glycin wieder abgespalten werden. So wird das Cystein-Derivat des IANs (Cys(IAN)) gebildet, das durch CYP71B15 (PAD3) zu Camalexin umgesetzt wird. Aufgrund von in-vitro-Daten erwarten wir nun ebenfalls für die Aktivierung von IAN die Beteiligung von CYP71-Enzymen. Da die bekannten Gene der Camalexinbiosynthese stark transkriptionell coreguliert sind, fokussierten wir uns für den Glutathionylierungsschritt auf coregulierte Glutathion-S-Transferasen (GSTs). Es wurden Mehrfachmutanten und Knockdown-Pflanzen in diesen Genen generiert, die jedoch keine reproduzierbare Camalexindefizienz zeigten. Wir vermuten erhebliche Redundanz für diesen Schritt, weshalb wir nun systematisch die Fähigkeit zur Glutathionylierung von aktiviertem IAN durch Arabidopsis GSTs analysieren. Am Abbau des Glutathionkonjugats sind wahrscheinlich die Gammaglutamyl-Peptidasen 1 und 3, Gammaglutamyltransferase 1 (GGT1) und die Phytochelatinsynthasen (PCS) 1 und 2 beteiligt. So beobachten wir eine 50%ige Reduktion des Camalexingehalts in ggt1 pcs1 pcs2. Zurzeit wird eine entsprechende Quintrupelmutante generiert. Als alternativen Ansatz zur Identifizierung von Enzymen der Camalexinbiosynthese verfolgen wir die Hypothese, dass diese transiente Proteinkomplexe bilden. So wurde beispielsweise CYP71B23 durch Co-Immunopräzipitation mit CYP71B15 (PAD3) angereichert. Durch systematische Analyse von Interaktionspartnern und Enzymaktivitäten soll parallel zur laufenden metabolischen Analyse von Mehrfachmutanten ein umfassendes Verständnis dieses Biosynthesewegs erzielt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011) The phytoalexins from cultivated and wild crucifers: Chemistry and biology. Nat Prod Rep, 28, 1381-1405
Pedras MS, Yaya E, Glawischnig E.
