Alkenbiosynthese in Sexualtäuschblumen

• Antragsteller: Professor Dr. Philipp Schlüter
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491673799

Die Alkenbiosynthese stellt eine evolutionäre Neuheit dar, die in Sexualtäuschblumen der Orchideengattung Ophrys zu hochspezifischer Bestäuberanlockung führt und somit rasche Artbidung in dieser Gattung ermöglicht. Ungesättigte Kohlenwasserstoffe (Alkene) unterschiedlicher Kettenlängen und Doppelbindungspositionen spielen eine Schlüsselrolle in dieser artspezifischen Bestäuberinteraktion. Sie bietet ein eindrucksvolles Beispiel, das illustriert, wie die Interaktion von Ökologie, Biochemie und Genetik die Diversifikation von Blütenpflanzen befeuert und somit einen wichtigen Prozess für die Genese terrestrischer Biodiversität beeinflusst. Alkene sind im Gegensatz zu gesättigten Kohlenwasserstoffen (Alkanen) selten in der pflanzlichen Cuticula zu finden. Die Biosynthese von Alkenen leitet sich von der evolutionär alten Biosynthese von Alkanen ab, zu der im Laufe der Evolution die Möglichkeit zur Produktion ungesättigter Verbindungen hinzukam. Die wesentlichen Schritte der Alkenbiosynthese sind hierbei Desaturierung, Elongation und Decarbonylierung von langkettigen Fettsäurevorstufen. Obwohl genetische Veränderungen, die Desaturierung und somit Alken-Doppelbindungspositionen betreffen, einigermaßen gut erforscht sind, fehlt jedoch ein detailliertes Verständnis, wie enzymatische oder regulatorische Verändungen des Elongationsschrittes die Kettenlänge beeinflussen. Wenngleich man hypothetisieren kann, dass eine Genduplikation und darauffolgende Enzymevolution einer Aldehyd Decarbonylase eine wesentliche Rolle gespielt hat, wissen wir de facto nicht, welche evolutionären Veränderungen die Produktion von ungesättigten zusätzlich zu gesättigten Kohlenwasserstoffen in dieser Pflanzengruppe ursprünglich ausgelöst haben. Mit diesem Projekt sollen wesentliche Erkenntnislücken zur Alkenbiosynthese gefüllt werden. Spezifisch ist folgendes geplant:► (i) Systematische Evaluation der Fettsäure-Substratspezifität und des katalytischen Potentials von Ophrys Ketoacyl-CoA Synthasen (KCS), die in der Elongation wirken.► (ii) Charakterisierung der Substratspezifität von Aldehyd Decarbonylasen (AD) nach evolutionär junger Genduplikation.► (iii) Identifikation von Kandidaten für die Regulierung der Genexpression Alken-biosynthetischer Gene, vor allem von KCS und AD GenkopienDie Untersuchung dieser Themen auf biochemischer Ebene leistet einen wichtigen Beitrag zu unserem Verständnis sowohl der Evolution metabolischer Wege als auch der Frage, wie Umweltfaktoren durch Selektion auf biosynthetische Prozesse zur Entstehung neuer Pflanzen-Biodiversität führen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen