Wie Pflanzen epigenetisch ihre chemischen Abwehrkräfte regulieren

Eine neue Studie zeigt, wie Pflanzen der Nachtschattenfamilie pharmazeutisch wertvolle Verbindungen produzieren und wie diese Biosynthese epigenetisch reguliert wird.

Pflanzen sind Meister, um eine Vielzahl von chemischen Substanzen zu produzieren, um sich vor Tieren und Krankheitserregern zu schützen. Unter den Hunderttausenden von botanischen Verbindungen sind viele aufgrund ihrer medizinischen Eigenschaften interessant für die menschliche Gesundheit. Viele Pflanzen der Nachtschattenfamilie bilden beispielsweise sogenannte mit Anoliden, einer vielfältigen Gruppe von Steroiden mit gesundheitlichen Eigenschaften. Es wurden jedoch nur wenig über die Biosynthese und Regulierung dieser Verbindungen untersucht.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Claude Becker, Genetiker an der Fakultät für Biologie an der LMU, hat nun einen Gencluster entdeckt, der für die Produktion von Withanoliden im Bodencherry (Physalis Grisea) verantwortlich ist. Kürzlich veröffentlicht in der Zeitschrift Verfahren der Nationalen Akademie der WissenschaftenDie Studie war eine Zusammenarbeit mit Partnern des Max -Planck -Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie in GOLM und der University of Hohenheim.

„In solchen Genclustern sind Gene, die für Enzyme kodieren, die die nachfolgenden Schritte in einem Biosyntheseweg koordinieren, in unmittelbarer Nähe zueinander organisiert“, erklärt Becker. „Dies stellt sicher, dass sie gemeinsam reguliert und geerbt werden.“

Im Fall des Withanolid -Clusters fand das Team eine Duplikation im Genom, wobei die beiden resultierenden Einheiten in zwei funktionell getrennten Domänen organisiert sind. Während der eine nur in der Pflanzenwurzel aktiv ist, ist der andere in oberirdischen Geweben aktiv.

„Was uns überrascht hat, dass die Trennung und Organisation der beiden Einheiten epigenetisch reguliert zu sein scheint“, sagt Becker. Somit unterscheiden sich die beiden Clusterversionen in der lokalen Struktur und chemischen Modifikationen der DNA. Die Forscher glauben, dass diese Trennung es der Pflanze ermöglicht, in ihren über- und unterirdischen Geweben leicht unterschiedliche chemische Abwehrkräfte zu produzieren.

Durch vergleichende Genomik könnte das Team auch zeigen und Kartoffel.

„Unsere Studie liefert erste Einblicke in die Produktion der vielfältigen und multifunktionalen Metabolitengruppe der Withanolides, ein wesentlicher erster Schritt für die potenzielle Entwicklung abgeleiteter alternativer Pestizide und neuartiger Therapeutika“, schließt Becker.