Untersuchungen von neuen Oxylipin-Stoffwechselwegen in Moosen
Final Report Abstract
In diesem Projekt konnte die Wehrchemie der Moose genauer verstanden werden. Schon bei einem Waldspaziergang kann man feststellen, dass Moose über äußerst effiziente Methoden verfügen, sich gegen Fraßfeinde zu schützen. Während umliegende Pflanzen starke Fraßspuren zeigen, sind Moose oft so gut wie unbeschädigt. In diesem Projekt konnten wir jetzt Oxylipine – von Fettsäuren abgeleitete Naturstoffe – als für die Verteidigung verantwortliche Verbindungen identifizieren. Diese Stoffe werden erst nach Verwundung des Mooses gebildet und sind zum Teil hochreaktiv. Mit einer neuen auf statistischer Auswertung basierenden analytischen Methode konnten wir automatisiert Oxylipine identifizieren und im Folgenden deren Struktur aufklären. Dafür war die Synthese und Umsetzung von isotopenmarkierten Fettsäuren nötig, die basierend auf isolierten Naturstoffen durchgeführt werden konnte. Die Strukturaufklärung von zum Teil hochreaktiven Verbindungen basierte auf Methoden der Massenspektrometrie und NMR und lieferte für Naturstoffe ungewöhnliche und auch generell neue Strukturelemente. Diese Arbeiten ergaben also bisher unbekannte Naturstoffe, die sich in Bioassays als äußerst aktiv erwiesen. Die Assays wurden mit der Spanischen Wegschnecke durchgeführt, die derzeit in den Gärten und auf den Feldern in Deutschland großen Schaden anrichtet. Das Extrakt des Mooses wirkte selbst in 1000facher Verdünnung im Vergleich zur natürlich vorkommenden Menge noch aktiv und derzeit wird getestet, ob auch kommerziell interessante Pflanzenschutzprodukte aus diesen Erkenntnissen ableitbar sind. Im Laufe der Studie zeigte sich, dass die Moose in ihrer auf Oxylipinen basierenden Verteidigung zwei grundsätzlich unterschiedliche Strategien nutzen. Wie höhere Pflanzen setzen sie nach Verwundung aus Galactolipiden ungesättigte Fettsäuren frei, die weiter metabolisiert werden. Zusätzlich wird allerdings die acetylenische Fettsäure Dicranin, die im Moos frei vorliegt nach Verwundung zu komplexen Produktgemischen umgesetzt. Die etablierten Methoden erlaubten aber auch Stoffwechselprodukte anderer Organismen systematisch zu untersuchen und zeigten z.B. bei Algen auch neue regulative Mechanismen der chemischen Verteidigung auf. Die Arbeiten stießen in der nationalen und internationalen Presse auf große Resonanz und so fanden sich Berichte über die Fraßhemstoffe aus Moosen in z.B. der Süddeutschen Zeitung, dem Guardian oder sogar der Bildzeitung in der ein halbseitiger Bericht erschien. Auch TV Beiträge zu diesem Thema wurden gesendet (z.B. ZDF Nano) und sie wurden auf www.sciencemovies.de dokumentiert.
Publications
- Novel Acetylenic Oxylipins from the Moss Dicranum scoparium with Antifeeding Activity against Herbivorous Slugs. Angew. Chem. Int. Ed. (2010) 49, 4755-4758
Rempt, M.; Pohnert, G.
- Survey of volatile oxylipins and their biosynthetic precursors in bryophytes. Phytochemistry (2010) 71, 574-580
E. Croisier; M. Rempt; G. Pohnert
- A Reactive Conjugated Allene Involved in the Biosynthesis of Volatile Oxylipins in the Moss Dicranum scoparium. Org. Lett. (2011) 13, 3229-3231
Rempt, M.; Schneider, B.; Pohnert, G.
- Conserved and species-specific oxylipin pathways in the wound-activated chemical defense of the noninvasive red alga Gracilaria chilensis and the invasive Gracilaria vermiculophylla. Beilstein J. Org. Chem. (2012) 8, 283-289
M. Rempt; F. Weinberger, K. Grosser, G. Pohnert
(See online at https://doi.org/10.3762/bjoc.8.30)
