SPP 1152:  Evolution metabolischer Diversität

• Fachliche Zuordnung: Biologie
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5471923

Die "sekundären Stoffwechselprodukte" der Mikroorganismen und Pflanzen sind ein unermessliches Reservoir chemischer Biodiversität. Mehr als 200 000 Sekundärmetaboliten wurden bisher identifiziert. Im Gegensatz zu dem für Wachstum und Entwicklung aller Organismen essentiellen Primärstoffwechsel ist der Sekundärstoffwechsel in dieser Hinsicht entbehrlich. Seine Funktion ist vielmehr für alle Wechselwirkungen des Individuums mit seiner Umwelt notwendig, z.B. bei der Abwehr potenzieller Feinde oder unerwünschter Konkurrenten. Das dynamische Wechselspiel zwischen organismischen Konkurrenten spiegelt sich in der Vielfalt des Sekundärstoffwechsels wider. Diese natürliche Plastizität verdeutlicht die Leichtigkeit der Resistenzantworten von Mikroorganismen auf Antibiotika, von Parasiten gegenüber Chemotherapeutika und von Insekten gegen Pestizide. Die mannigfaltigen Überlebensstrategien der Organismen haben eine Fülle biologisch aktiver Naturstoffe hervorgebracht, darunter pharmakologisch wirksame Stoffe (potenzielle Arzneistoffe), Antibiotika, Herbizide, Insektizide und Nematizide, die oft große wirtschaftliche Bedeutung für einen direkten Einsatz oder die Entwicklung neuer Wirkstoffe haben. Wir untersuchen daher die Evolution der Verschiedenartigkeit sekundärer Stoffwechselprodukte durch die Beantwortung von zwei grundlegenden Fragen:-- Welchen evolutiven Ursprung haben die Gene (Enzyme) und regulatorischen Elemente des Sekundärstoffwechsels?-- Wie wurden deren katalytische und regulatorische Eigenschaften im Laufe der Evolution modifiziert und optimiert?Sekundärstoff-produzierende Systeme von Bakterien über Pilze bis zu Pflanzen werden untersucht, um die allgemeinen Prinzipien der Evolution der Biosynthese und Regulation des Sekundärstoffwechsels herauszufinden. Die bisher weitgehend isoliert stehenden Gebiete für die Untersuchung ? organische Chemie, mikrobielle und pflanzliche Biochemie, Molekularbiologie ? werden hier erstmals vereinigt, um die Fragen zu beantworten. Hier besteht auch für praktische Anwendungen ein erhebliches Potenzial. Ein besseres Verständnis der biosynthetischen Enzyme ist die Grundlage für gezielte enzymatische Evolution und kombinatorische Biochemie zur Erzeugung neuer Sekundärmetabolite. Ein besseres Verständnis der regulatorischen Faktoren ist die Voraussetzung für "metabolic engineering", des maßgeschneiderten Designs von Stoffwechselprofilen in Mikroorganismen und Pflanzen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Frankreich, Tschechische Republik

Projekte

• Bedeutung von Carotin-Abbauprodukten für Speziation und Kommunikation bei Zygomyceten (Antragstellerin Schimek, Christine )
• Beteiligung der Evolution von sekundärmetabolischen Aminotransferasen an der Entstehung der Biodiversität von Aminoglycosid Antibiotika. (Antragsteller Piepersberg, Wolfgang )
• Biochemie und Evolution der Glucosinolathydrolyse in Pflanzen - die Rolle spezifizierender Proteine (Antragstellerin Wittstock, Ute )
• Biosynthese von Biphenylen und Benzophenonen - Evolution Benzoesäure-spezifischer Polyketid-Synthasen in Pflanzen (Antragsteller Beerhues, Ludger )
• Das D-Lysergsäuremodul als Grundlage eines natürlichen Systems der kombinatorischen Biosynthese von D-Lysergylamiden und -peptiden in Claviceps purpurea und C. paspali. (Antragsteller Keller, Ullrich )
• Das Herbizid Phosphinothricin-Tripeptid, ein Modell zum Studium der Evolution einer Sekundärmetabolit-Biosynthese in Bakterien (Antragsteller Wohlleben, Wolfgang )
• Die Evolution der Diversität von Mono- und Sesquiterpenen in Zea mays (Antragsteller Degenhardt, Jörg )
• Die Evolution Pinoresinol-Lariciresinol Reduktase in der Familie der Linaceae unter besonderer Berücksichtigung der Stereospezifität (Antragstellerin Fuss, Elisabeth )
• Evolution der Benzoxazinon-Biosynthese (Antragsteller Gierl, Alfons )
• Evolution der Nitrilasen in glucosinolat-bildenden Pflanzen (Antragsteller Piotrowski, Markus )
• Evolution der Siderophor Synthetasen: Untersuchungen der Struktur-Funktionsbeziehungen (Antragsteller Marahiel, Mohamed A. )
• Evolution der Tritrophen-Interaktion: Signal-Perzeption und -Transduktion der induzierten Indolbiosynthese von Zea mays (Antragstellerin Frey, Monika )
• Evolution einer neuen Klasse von Prenyltransferasen des Sekundärstoffwechsels (Aromatische Prenyltransferasen Klasse II = ABA Prenyltransferasen) (Antragsteller Heide, Lutz )
• Evolution of non-ribosomal synthetases through structure-function relationships (Antragsteller Marahiel, Mohamed A. ;  Stubbs, Milton T. )
• Evolution of rosmarinic acid biosynthesis (Antragstellerin Petersen, Maike )
• Evolution und Diversität der Lignanbiosynthese in der Gattung Linum (Antragsteller Schmidt, Thomas Jürgen )
• Evolution und Funktion monomodularer Polyketidsynthasen aus nichtkultivierten bakteriellen Symbionten mariner Schwämme (Antragsteller Piel, Jörn )
• Evolution und Funktion von cis-/trans-Elementen pilzlicher Sekundärmetabolismusgene am Beispiel der Penicillinbiosynthese in Aspergillus nidulans (Antragsteller Brakhage, Axel )
• Evolution von aromatischen Prenyltransferasen in der Biosynthese von Indolderivaten (Antragsteller Li, Shu-Ming )
• Evolution von Struktur und Funktion der Putrescin-N-methyltransferase (Antragstellerin Dräger, Birgit )
• Evolution von Thiazolylindol-Verbindungen in Pflanzen und Bakterien (Antragsteller Glawischnig, Erich )
• Evolutiver Ursprung der Pyrrolizidinalkaloide in Angiospermen - vergleichend molekulare und biochemische Untersuchungen (Antragsteller Ober, Dietrich )
• Funktionale und phylogenetische Analyse von Genen und Genclustern der Diterpen-Biosynthese in Pilzen (Antragstellerin Tudzynski, Bettina )
• Konvergenz in der Biosynthese acetat- oder prenylabgeleiteter Naturstoffe aus Pflanzen, Pilzen und Bakterien (Antragsteller Bringmann, Gerhard )
• Molekulare Analyse der Ergotalkaloid-Biosynthese bei Claviceps (Antragsteller Tudzynski, Paul )
• Molekulare Evolution der Necinsäure-Biosynthese bei Pyrrolizidin-Alkaloiden des Lycopsamintyps (Antragsteller Ober, Dietrich )
• Molekulare Genetik der von Acetat abgeleiteten Naphthylisochinolin-Alkaloid-Biosynthese in der Liane Triphyophyllum peltatum (Antragstellerin Kutchan, Toni M. )
• Molekulare und strukturelle Ursachen metabolischer Diversität vermittelt durch prenylierende Enzyme (Antragsteller Brandt, Wolfgang )
• Nicht-colineare Thiotemplat-Systeme als Modell für die Evolution von Polyketidsynthasen (Antragsteller Hertweck, Christian )
• Sequestrierung pflanzlicher Sekundärmetabolite durch Blattkäferlarven: Phylogenie und Mechanismus von Glucosid-Transportproteinen (Antragstellerin Burse, Antje )
• Struktur, Funktion und Evolution von 4-Cumarat: Coenzym A-Ligase (Antragsteller Ebel, Jürgen )
• Struktur, Funktion und Evolution von 4-Cumarat: Coenzym A-Ligase (Antragsteller Stubbs, Milton T. )
• The evolution of herbivore-regulated secondary metabolism during polyploid speciation in native Nicotiana (Antragsteller Qu, Nan )
• Thiazolstrukturen in Cyanobakterien - Evolutionäre Zusammenhänge zwischen Cyanobakterien und Myxobakterien (Antragstellerin Dittmann-Thünemann, Elke )
• Untersuchung der Funktion und Evolution von Typ III und Typ II Polyketidsynthasen in Mikrooganismen und Pflanzen (Antragsteller Müller, Rolf )
• Untersuchung zur stereoselektiven oxidativen Phenolkupplung in filamentösen Pilzen (Antragsteller Müller, Michael )
• Untersuchungen zur Funktion und Spezifität von Glycosyltransferasen (Antragsteller Bechthold, Andreas )
• Vergleichende evolutionsbiologische Analyse von Methylthioalkylmalat-Synthase-Genen und - Enzymen in der Ordnung Capparales (Antragsteller Kroymann, Jürgen )
• Vergleichende Genexpressionsanalyse in Papaver Spezies - Spezialisierung der Biosynthesegene (Antragsteller Brandt, Wolfgang )
• Von Hydrolasen zu Acyltransferasen: Struktur-Funktionsbeziehungen Serin-Carboxypeptidase-ähnlicher Acyltransferasen des pflanzlichen Phenylpropanstoffwechsels (Antragsteller Milkowski, Carsten )
• Von Moosen zu Angiospermen: Evolution divergierender Gene für 1-Desoxy-D-xylulose-5-phosphat-Synthase (Antragsteller Walter, Michael H. )

• Sprecher: Professor Dr. Dieter Strack