Gaschromatographie-Anlage mit Flugzeit-Massenspektrometer
Final Report Abstract
Metabolite sind die Resultate der Interaktion der Genexpression mit den Substanzflüssen in und aus einem Organismus und sie bestimmen, gemeinsam mit den Proteinen, den Phänotyp eines Organismus. Gemeinsam mit anderen ‚Omics-’Technologien bildet Metabolomics eine der Säulen der Systembiologie. Metabolomics ist Voraussetzung für Fluxomics sowie die Modellierung metabolischer Netzwerke. Weiterhin ist Metabolomics, in Kombination mit genetischen Ansätzen wie z.B. gene knockouts, d.h. der gezielten Ausschaltung von Genfunktionen, oder der Überexpression von Genen von überragender Bedeutung für die Identifizierung und Funktionszuweisung von bislang unbekannten Genen. Das Gerät wurde im Verlauf der letzten drei Jahre simultan mit einem LC-qTOF-System im Rahmen mehrerer Systembiologischer Projekte zur Profilierung von Metaboliten genutzt. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der relativen Quantifizierung von Zuckern und Zuckeralkoholen, Aminosäuren, organischen Säuren und Fettsäuren. i) Systembiologie der C4 Photosynthese: In diesem Projekt geht es darum, die molekularen Grundlagen der C4-Photosynthese aufzuklären. In diesem Zusammenhang wurden aus einer Reihe von phylogenetisch nah verwandten C3 und C4 Arten Metabolite, RNA und Enzyme extrahiert und parallel quantifiziert. Die qualitative und quantitative Analyse der Metabolite erfolgte mit Hilfe der GC/MS und LC/MS Systeme. Durch Korrelationsanalysen konnten neue Erkenntnisse zur Biochemie der C4 Photosynthese gewonnen werden und bislang unbekannte, mit C4 assoziierte Kandidatengene identifiziert werden. ii) Aufklärung des Transports vom Metaboliten über die Membran von Peroxisomen: Putative peroxisomale Transporter wurden durch Proteomics und vergleichende Genomik isoliert und entsprechende Knockout- Mutanten in Arabidopsis isoliert. Durch metabolische Profilierung und Fettsäureanalysen konnten die physiologischen Rollen der peroxisomalen ATP und NADH-Transporter aufgeklärt werden. iii) Identifizierung von neuen Komponenten der Photorespiration: Durch Coexpressionsanalysen wurden neue Kandidatengene mit putativer Rolle in der Photorespiration identifiziert. Metabolische Profilierung von entsprechenden Arabidopsis Knockout-Mutanten zeigte eine Beteiligung des plastidären Transporters DiT1 in der Photorespiration und eine Rolle von GOGAT in den Mitochondrien während der Photorespiration. iv) Eine Rolle von 2-D-Hydroxyglutarat während der Seneszenz, spezifisch während des Katabolismus von Lysin, konnte gezeigt werden.
Publications
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