Dihydro-p-coumaroyl-CoA Dehydrogenase

• Antragsteller: Professor Dr. Henryk Flachowsky
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423978791

Dieses Projekt untersucht den ersten Schritt der Biosynthese von Phloridzin in der Modellpflanze Apfel. Phloridzin stellt mehr als 90% der löslichen phenolischen Inhaltsstoffe in Apfelblättern dar. Diese großen Mengen an Phloridzin machen den Apfel einzigartig, da viele andere Pflanzen nur sehr geringe Mengen bilden und viele eng verwandte Arten wie etwa die Birne weder Phloretin noch das nah verwandte Glukosid Phloridzin enthalten. Phloretin und Phloridzin haben viele positive Effekte auf den menschlichen Organismus, die physiologische Rolle im Apfel ist hingegen noch nicht geklärt. Eine Beteiligung bei der Resistenz gegen Krankheiten wird immer wieder diskutiert. Wir konnten zeigen, dass die Bildung von Phloridzin auf drei Biosyntheseschritten beruht: (1) die Bildung von Dihydro-p-coumaroyl-CoA aus p-Coumaroyl-CoA durch eine Dehydrogenase, (2) die weitere Bildung von Phloretin durch die Chalkonsynthase und (3) die Glukosylierung von Phloretin an der Position 2´. Während die letzten beiden Schritte bereits gut untersucht sind, ist der erste Schritt noch weitgehend unbekannt. Es ist der entscheidende Schritt, der den Apfel im Vergleich zu anderen Pflanzen in seiner Fähigkeit, große Mengen an Phloridzin zu bilden, einzigartig macht. In unserem letzten FWF-Projekt (P25399-B16) konnten wir in einem aufwendigen Reinigungsverfahren erstmals ein Enzym aus Apfelblättern isolieren, das p-Coumaroyl-CoA in Dihydro-p-coumaroyl-CoA effizient umwandeln kann. Im Folgeprojekt soll dieses Enzym erstmals genau charakterisiert werden. Um den enzymatischen Mechanismus zu klären, sind Strukturstudien nötig, wie etwa die Kristallisation des Enzyms oder der Einfluss von Substraten, Inhibitoren/Effektoren oder anderen Faktoren. Die DNA-Sequenz der Dehydrogenase wird aus dem Apfel isoliert und in Bakterien eingebracht, um eine größere Menge Enzym zur Charakterisierung herzustellen. Es wird getestet, in welchen Pflanzengeweben und Entwicklungsstadien das Dehydrogenase-Gen an- bzw. ausgeschaltet ist. Die Funktionalität der Dehydrogenase wird auch mit transgenen Pflanzen überprüft, indem das Gen in Arabidopsis und in Birnenpflanzen eingebracht oder in Apfelpflanzen ausgeschaltet wird um die daraus resultierenden Veränderungen beobachten zu können. Der Vergleich der DNA- und der Enzym-Sequenz der Dehydrogenase von verschiedenen Pflanzenarten soll Auskunft über Struktur-Aktivität-Beziehungen auf molekularer Ebene geben. Die Projektmitarbeiter arbeiten in drei Teams, welche komplementäres Wissen und Ressourcen beisteuern. Ein österreichisches Team der TU Wien bringt Wissen zur Phloridzinbiosynthese, Molekularbiologie und Enzymatik ein, während das zweite österreichische Team an der Universität Wien sein Know-How zur Enzymcharakterisierung und -kristallisation beisteuert. Das deutsche Team hat langjährige Erfahrung in der wissenschaftlichen Überprüfung der Funktion einzelner Gene mittels gentechnisch veränderter Pflanzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Christian Haselmair-Gosch; Professorin Dr. Annette Rompel