FWF - MAT - Monolignoloxidoreduktasen in Arabidopsis thaliana

Projekt: Forschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

Das Berberin-Brücken-Enzym (BBE) katalysiert die Bildung der so genannten "Berberin-Brücke", die eine einzigartige Art des Ringschlusses darstellt und zur Biosynthese von Benzylisochinolin-Alkaloiden führt. Höhere Pflanzen enthalten eine große Anzahl von Genen, die für BBE-ähnliche Proteine kodieren, obwohl für die meisten dieser Pflanzen keine Alkaloidproduktion berichtet wurde. Im Fall von Arabidopsis thaliana wurden 27 Gene identifiziert, die für BBE-ähnliche Proteine kodieren und sich in sieben verschiedene Familien einteilen lassen. Kürzlich haben wir gezeigt, dass zwei Mitglieder einer Unterfamilie, die insgesamt fünf Enzyme umfasst, Monolignole in vitro zu den entsprechenden Aldehyden oxidieren, d. h. diese Enzyme haben Monolignol-Oxidoreduktase (MOX)-Aktivität. Monolignole und ihre korrespondierenden Aldehyde sind wesentliche Bausteine für das Pflanzenpolymer Lignin, weshalb wir die Hypothese aufstellen, dass BBE-ähnliche MOXs eine Rolle bei der Kontrolle des extrazellulären Verhältnisses von Monolignolen zu Aldehyden spielen. Indem sie die Zusammensetzung des extrazellulären Pools von Ligninmonomeren spezifisch verändern, könnten die fünf Enzyme der MOX-Unterfamilie den Aldehydgehalt von Lignin auf hochgradig lokalisierte Weise modifizieren, zum Beispiel in bestimmten Entwicklungsstadien sowie während einer räumlich-zeitlich spezifischen Reaktion auf Umweltfaktoren. Um unsere Hypothesen zu überprüfen, werden wir analytische, biochemische und genetische Methoden einsetzen. Die Expression der fünf Gene in verschiedenen Pflanzengeweben wird mittels qRT-PCR und Promotor-GUS-Reporterlinien analysiert. Die subzelluläre Lokalisierung der Proteine wird durch die Erzeugung von Fusionskonstrukten mit einem fluoreszierenden Protein-Tag und anschließender Analyse mittels konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie erreicht. Um weitere Informationen über die physiologische Rolle der kodierten Proteine zu erhalten, werden mit Hilfe von T-DNA-Insertionslinien in Kombination mit CRISPR/Cas9-Editierung Loss-of-Function-Mutanten erzeugt. Wir werden einzelne und mehrere Knock-out-Linien erzeugen, um Informationen über die potenzielle Redundanz in der MOX-Familie zu erhalten. Darüber hinaus wird die biochemische Zusammensetzung ausgewählter Pflanzengewebe mit einem auf Massenspektrometrie basierenden Metabolomik-Ansatz (Prof. Boerjan) und NMR-Spektroskopie im Lösungszustand (Prof. Ralph) analysiert. Die vorgeschlagene neue Rolle der BBE-ähnlichen MOXs wird weitere Einblicke in die Mechanismen liefern, die die Zusammensetzung von Lignin im Entwicklungskontext und als Reaktion auf abiotische und biotische Faktoren verändern. In diesem Sinne wird unsere Forschung nicht nur unser Verständnis der Pflanzenentwicklung und der Verteidigungsstrategien fördern, sondern kann auch für die Bemühungen zur Manipulation der Ligninzusammensetzung im Hinblick auf eine bessere Anwendbarkeit in der Biotechnologie wertvoll sein.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/07/2230/06/25

Fingerprint

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