Plastizität von metabolischen Biosynthesewegen - Untersuchung eines neuen biosynthetischen Schrittes bei der Bildung von 2- Phenylnitroethan in Salicaceaen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Nathalie Lackus
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543671286

N-haltige Verbindungen, die von Pflanzen produziert werden, sind ökologisch wichtig und können häufig als pharmakologische Verbindungen verwendet werden. Der pharmakologische Nutzen sowie die chemisch-ökologischen Funktionen von N-haltigen Verbindungen sind enorm, aber aufgrund ihrer hohen strukturellen Vielfalt, ihres begrenzten Vorkommens und ihrer geringen Abundanz sind die natürlichen Biosynthesewege oft nicht gut verstanden und das Wissen über diese Verbindungen immer noch begrenzt. Das N-haltige flüchtige 2-Phenylnitroethan ist ein charakteristischer Bestandteil des von Herbivoren induzierten Duftstoffbouquets von Pappeln und ein Bestandteil der Blütenduftstoffe von etwa 200 Pflanzenarten. Die Biosynthese dieser Verbindung, insbesondere der eher ungewöhnlichen Nitrogruppe, ist jedoch noch nicht bekannt. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es daher, die Biosynthese von 2-Phenylnitroethan und seine ökologische Funktion bei pflanzlichen Abwehrreaktionen am Beispiel der Pflanzenfamilie Salicaceaen zu klären. Vorläufige Experimente haben gezeigt, dass die durch Herbivoren induzierte 2-Phenylnitroethan-Emission innerhalb der Salicaceaen-Pflanzenfamilie konserviert ist, indem die flüchtige Emission nach Herbivorie in verschiedenen Arten der monophyletischen Populus-Salix-Linie und ihrer Schwesterlinie Idesia untersucht wurde. Multiple Transkriptomanalysen ermöglichten die Identifizierung von Cytochrom P450-Monooxygenasen der CYP76-Familie in der westlichen Balsampappel (Populus trichocarpa), der Korbweide (Salix viminalis) und der Japanischen Orangenkirsche (Idesia polycarpa). Die Klonierung und heterologe Expression des entsprechenden CYP76-Kandidaten aus der Pappel ergab dessen bisher unbeschriebene enzymatische Aktivität bei der Monooxygenierung von (E/Z)-Phenylacetaldoxim zu 2-Phenylnitroethan in vitro. In zukünftigen Experimenten werden alle identifizierten CYP76-Kandidaten aus den verschiedenen Salicaceaen-Arten in vitro charakterisiert und deren Aktivität in vivo durch einen stabilen und transienten RNAi-vermittelten Knockdown-Ansatz bestätigt. Darüber hinaus sollen die enzymatischen Eigenschaften der neu identifizierten und der bereits beschriebenen CYP76-Monooxygenasen aus anderen Pflanzenfamilien vergleichend untersucht werden, um die enzymatischen Mechanismen und Eigenschaften zu verstehen, welche die neu identifizierte enzymatische Aktivität ermöglichen. Darüber hinaus wird die ökologische Funktion von 2-Phenylnitroethan als Herbivor-induzierte Abwehrverbindung untersucht, indem seine Wirkung auf die Überlebensfähigkeit des Herbivoren und als antimikrobielle Verbindung getestet wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen