Artemisia annua ist für die Produktion von Artemisinin bekannt, einem wirksamen Mittel gegen Malaria. Obwohl die glandulären sekretorischen Trichome Gegenstand umfassender Forschung waren, ist ein vollständiges Verständnis ihrer Stoffwechselprozesse nach wie vor nicht möglich. Frühere Studien konzentrierten sich hauptsächlich auf Artemisinin und übersahen dabei oft andere wichtige Stoffwechselwege. Das Schließen dieser Wissenslücken ist entscheidend, um neue therapeutische Potenziale dieser Heilpflanze zu erschließen.
Unter der Leitung von Forschern der Shanghai Jiao Tong University und veröffentlicht In GartenbauforschungDie Studie untersucht die Stoffwechselstörungen eines mutierten Stamms von Artemisia annua, der als TRICHOME DEVELOPMENTAL DEFECTS 1 (tdd1) bezeichnet wird. Dieser Mutant wies eine beeinträchtigte Funktionalität glandulärer sekretorischer Trichome (GST) auf, was die Artemisininproduktion stark beeinträchtigte. Mithilfe integrierter Multi-Omics-Profile identifizierten die Forscher komplexe Stoffwechselstörungen und bieten damit neue Perspektiven auf den Sekundärstoffwechsel von Pflanzen.
Die Studie analysierte den tdd1-Mutanten, der ausgeprägte Defekte in GSTs aufwies, die für die Artemisinin-Biosynthese entscheidend sind. Sowohl in jungen als auch in reifen Blättern waren Artemisinin und seine Vorläufer nahezu nicht nachweisbar, was auf eine erhebliche Störung des Stoffwechselwegs hindeutet. Durch fortschrittliche Analysen mittels Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) und Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) wurden 836 Metaboliten identifiziert, darunter Flavonoide und Terpenoide, von denen viele im Mutanten fehlten.
Die Forschung ergab wesentliche Unterschiede in den MEP-Stoffwechselwegen des Mevalonat-Stoffwechselwegs (MVA) und des Methylerythritolphosphat-Stoffwechselwegs (MEP), wobei GST-spezifische Gene, die mit der Artemisinin-Biosynthese in Zusammenhang stehen, nur minimal exprimiert werden. Diese Erkenntnisse unterstreichen die umfassenderen metabolischen Auswirkungen von GST-Defekten und ihre Bedeutung für die Synthese sekundärer Metaboliten. Die Studie zeigt, wie Multi-Omics-Ansätze komplexe metabolische Interaktionen entschlüsseln und so unser Verständnis des Pflanzenstoffwechsels verbessern können.
Dr. Ling Li, einer der Forscher der Studie, erklärte: „Diese Forschung entschlüsselt das komplexe metabolische Netzwerk innerhalb von Artemisia annua und beleuchtet die lebenswichtige Rolle glandulärer sekretorischer Trichome. Die Identifizierung spezifischer Gene, die für den Artemisininmangel im tdd1-Mutanten verantwortlich sind, legt eine entscheidende Grundlage für zukünftige Studien, die auf die Steigerung der Produktion von Antimalariamedikamenten abzielen.“
Die Erkenntnisse aus dieser Studie bergen großes Potenzial für die Verbesserung der Produktion von Malariamedikamenten durch gezielte Beeinflussung bestimmter Stoffwechselwege in Artemisia annua. Die Entschlüsselung des genetischen und metabolischen Rahmens von GSTs kann zu verfeinerten Anbautechniken und genetischen Veränderungen führen, die den Artemisininertrag steigern.
Darüber hinaus eröffnet diese Forschung neue Möglichkeiten zur Erforschung anderer wertvoller sekundärer Metabolite in A. annua und führt möglicherweise zur Entdeckung neuer medizinischer Verbindungen über Artemisinin hinaus.
Weitere Informationen:
Wei Qin et al., Integriertes Multi-Omics-Profiling enthüllt ein Bild dramatischer Stoffwechseldefekte bei Artemisia annua, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae174