LC-Massenspektrometer-System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
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 GC/TOF-MS-System im Rahmen mehrerer Systembiologischer Projekte zur Profilierung von polaren Metaboliten genutzt. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der relativen und absoluten Quantifizierung von Aminosäuren, organischen Säuren und Sekundärmetaboliten. 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.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008). Peroxisomal ATP import is essential for seedling development in Arabidopsis thaliana. Plant Cell 20(12): 3241-3257
Linka N, Theodoulou FL, Haslam RP, Napier JA, Neuhaus HE, Weber APM
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(2009). Arabidopsis Photorespiratory Serine Hydroxymethyltransferase (SHMT) Activity Requires The Mitochondrial Accumulation Of Ferredoxin-Dependent Glutamate Synthase (Fd-GOGAT). Plant Cell 21(2):125-143
Jamai A, Salomé PA, Schilling SH, Weber APM, McClung CR
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(2011). An mRNA blueprint for C4 photosynthesis derived from comparative transcriptomics of closely related C3 and C4 species. Plant Physiol 155(1): 142-156
Bräutigam A, Kajala K, Wullenweber J, Sommer M, Gagneul D, Weber KL, Carr KM, Gowik U, Maß J, Lercher MJ, Westhoff P, Hibberd JM, Weber APM
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(2011). Evolution of C4 photosynthesis in the genus Flaveria – how many and which genes does it take to make C4? Plant Cell 23: 2087-2105
Gowik U, Bräutigam A, Weber KL, Weber APM, Westhoff P
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(2011). Plant D-2-hydroxyglutarate dehydrogenase participates in the catabolism of lysine especially during senescence. J Biol Chem 286(13): 11382-11390
Engqvist MKM, Kuhn A, Wienstroer J, Weber KL, Jansen EEW, Jakobs C, Weber APM, Maurino VG
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(2011). The chloroplastic 2-oxoglutarate/malate transporter has dual function as the malate valve and in carbon/nitrogen metabolism. Plant J 65(1): 15-26
Kinoshita H, Nagasaki J, Yoshikawa N, Yamamoto A, Takito S, Kawasaki M, Sugiyama T, Miyake H, Weber APM, Taniguchi M
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(2012). A peroxisomal carrier delivers NAD+ and contributes for optimal fatty acid degradation during storage oil mobilisation. Plant J 68: 1-13
Bernhardt K, Wilkinson S, Weber APM, Linka N
