Eine unerwartete genetische Entdeckung bei Weizen hat Möglichkeiten für die metabolische Manipulation vielseitiger Verbindungen eröffnet, die das Potenzial haben, seine Ernährungsqualitäten und seine Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten zu verbessern.
Forscher der Osbourn-Gruppe am John Innes Center haben biosynthetische Gencluster in Weizen untersucht – Gruppen von Genen, die im Genom kolokalisiert sind und zusammenarbeiten, um spezifische Moleküle zu produzieren.
In einem Studie das erscheint in Naturkommunikationidentifizierten sie einen Gencluster, der durch eine Pathogeninfektion aktiviert wurde und eine Verbindung produzierte, die sie Triticein nannten.
Experimente zur Bestimmung der Struktur von Triticein identifizierten diese Verbindung überraschenderweise als Isoflavon und nicht als Flavon, wie das Team erwartet hatte.
Isoflavone sind eine Klasse von Phytoöstrogenverbindungen, die hinsichtlich ihrer Vorteile für die menschliche Gesundheit gut untersucht wurden, darunter die Vorbeugung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einigen Krebsarten. Sie kommen hauptsächlich in der Familie der Hülsenfrüchte vor, deren Hauptquelle in der menschlichen Ernährung Sojabohnen sind.
Die Entdeckung eines alternativen Weges zur Isoflavonoid-Biosynthese, diesmal in Weizen, und die Aufklärung des Triticein-Biosyntheseweges in dieser Studie bieten spannende Möglichkeiten für zukünftige Forschung und ebnen den Weg für metabolische Engineering-Bemühungen. Eine Steigerung der Triticein-Produktion in Weizen könnte beispielsweise dazu beitragen, Sorten mit höherer Krankheitstoleranz zu entwickeln.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Weizen-Triticein-bildende Gene in anderen Pflanzen oder Mikroben exprimiert werden können, aus denen das Molekül hergestellt und seine antimikrobiellen Eigenschaften weiter untersucht werden können. Und da es sich bei Triticein um ein Isoflavon handelt, besteht die Möglichkeit, dass es wie andere in dieser Klasse gesundheitliche Vorteile hat, obwohl diesbezüglich noch viel weiterer Forschungsbedarf besteht.
Dr. Rajesh Chandra Misra, Postdoktorand am John Innes Center und einer der Hauptautoren, erklärte: „Wir wissen nichts Spezielles über die potenziellen gesundheitlichen Vorteile von Triticein, sondern nur über andere Isoflavone. Auch die Konzentrationen von Triticein ( und andere Isoflavone), die wir in Weizenkörnern fanden, waren sehr gering, sodass Weizen derzeit nicht als Quelle für Isoflavone in der Nahrung in Betracht gezogen werden kann.“
Der gemeinsame Hauptautor Dr. Guy Polturak, zuvor am John Innes Center und jetzt an der Hebräischen Universität Jerusalem, meinte: „Diese Studie ist ein schönes Beispiel dafür, wie wissenschaftliche Forschung Wissenschaftler manchmal auf unbeabsichtigte Wege führt und schließlich zu unerwarteten Entdeckungen führt.“ Das Hauptziel dieser Forschung bestand darin, mehr über die chemischen Abwehrmechanismen von Weizen zu erfahren, aber sie führte zu interessanten neuen Erkenntnissen zur Pflanzenbiochemie, in diesem Fall zur Entdeckung einer einzigartigen Isoflavonsynthase.“
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Guy Polturak et al.: Die Entdeckung von Isoflavon-Phytoalexinen in Weizen zeigt einen alternativen Weg zur Isoflavonoid-Biosynthese. Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-42464-3