Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
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Tobias Ziegler

Tobias Ziegler
Tobias Ziegler
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Identifizierung und Charakterisierung von Genen der Stilben-Biosynthese und –Modifizierung in Weinpflanzen

 

Vitis vinifera ist eine ökonomisch wichtige Pflanze die schon seit tausenden Jahren von der Menschheit kultiviert wird. Die Produkte dieser Pflanze, am bekanntesten der Wein, werden von Menschen nicht nur genossen sondern sind zudem auch förderlich für die Gesundheit. Das ist, in Teilen, einer Gruppe von phenolischen Sekundärmetaboliten, den Stilbenen, zu verdanken. Aufgrund ihrer anti-oxidativen, entzündungshemmenden, anti-karzinogenen und Alterungserscheinungs-hemmenden Wirkung wird angenommen, dass sie potentiell helfen könnten Herz-Kreislauferkrankungen zu verhindern oder in der Krebstherapie eingesetzt zu werden. In Pflanzen die Stilbene produzieren, sind sie während biotischer Stresssituationen aktiv. Dies beinhaltet zum Beispiel die Abwehr von Bakterien, Viren, Mikroben und Pilzen. Des Weiteren helfen sie auch bei der Antwort auf abiotische Stressfaktoren wie mechanische Verletzungen oder UV-Strahlung. Pflanzen reichern Stilbene in signifikanten Mengen nicht nur in vegetativen Teilen, sondern auch in Früchten an, die in der Herstellung von Speisen, Säften und Wein verwendet werden.

So wie auch andere Polyphenole, wie Flavonoide oder Lignine, werden Stilbene aus Vorläufern aus dem Phenylpropanoid-Biosyntheseweg gebildet. Das erste Stilben-spezifische Enzym hierbei ist die Stilben Synthase. Es wurde in verschiedenen Pflanzen gezeigt, dass es seine große Vielfalt an Stilbenen gibt, die unterschiedliche Funktionen haben. Diese große Vielfalt wird dadurch erreicht, dass der „grundlegende“ Stoff, das Resveratrol, chemisch modifiziert wird.  Diese Modifikationen beinhalten unter anderen Oxidierung, Polymerisierung, Glycosylierung oder Methoxylierung. Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass die Transkriptionsfaktoren VvMYB14 und VvMYB15 eine essentielle Rolle in der Regulierung des Stilben Biosynthesewegs und der Modifizierung spielen.

Es wurde gezeigt, dass spezifische, modifizierte Stilbene, wie Pterostilben oder Viniferin, potentiell toxischer für Pilze sind oder speziell in Infektions-Situationen gebildet werden. Obwohl es aufgrund der momentanen Ansichten von Politik und Gesellschaft nicht möglich ist modifizierende oder regulierende Gene künstlich in Weinpflanzen einzubringen, kann das Wissen darüber trotzdem der konventionellen Züchtung zugutekommen. Außerdem machen die erwähnten gesundheitsfördernden Wirkungen der Stilbene sie interessant für Firmen im Gesundheits- oder Kosmetiksektor, wo bereits heute eine große Reichweite von Produkten vertrieben wird, die entweder Weinpflanzen-Extrakte oder gar spezifisch Resveratrol enthalten. Dieses wird heute in Hefen (Saccharomyces cerevisiae) produziert.

Um die Enzyme zu identifizieren, die an der Modifikation von Stilbenen beteiligt sind, wurde das Wissen über die beiden Transkriptionsfaktoren (VvMYB14 und VvMYB15) ausgenutzt um in einem Micro Array nach Kandidatengenen zu suchen. Das Ziel dieses Projekts ist nicht nur, eine Korrelation zwischen der Expression der Gene und der Anreicherung der entsprechenden Metaboliten während der Beeren-Reife und in einer Infektion zu zeigen, sondern auch eine Substrat- und Produkt-Spezifität der Enzyme nachzuweisen.


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