Elektrospray-Quadrupol-Time-of-Flight-Massenspektrometer
Final Report Abstract
Das Gerät wurde in den letzten drei Jahren zur Identifizierung und Quantifizierung von Molekülen aus dem zentralen und sekundären Metabolismus von Pflanzen genutzt. Hierbei standen v.a.Phenylpropene, Flavonoide inkl. Anthocyanidine und ihre Vorstufen, Glukosinolate, Sphingolipide (Sphingosylphosphorylcholin) und Triterpene (u.a. Thalianol und Marneral) im Zentrum der Forschungsinteressen. Phenylpropanoide sind sekundäre Pflanzenstoffe, welche die Hauptmenge der natürlich vokommenden Phenole und Aromaten bzw. deren Vorstufen darstellen. Phenylpropene, Flavonoide und insbesondere Anthocyane, eine Untergruppe der Flavonoide, spielen eine entscheidende Rolle bei Pflanzen-Insekten Interaktionen, sind sie doch verantwortlich für die Farbe und die Licht Emission der Blütenblätter, zudem sind sie Bestandteile des volatilen Bouquets von Blüten und schützen Pflanzengewebe vor UV-Bestrahlung. Das Gerät wurde u.a. genutzt, um Phenylpropene und Flavonoide in Blüten der Modellpflanze Petunia zu messen. Diese Arbeiten führten zu grundlegenden Erkenntnissen im Bereich der Phenylpropen- und Flavonoidbiosynthese und dem Bestäubungssyndrom bei Blütenpflanzen. Anthocyane sind Farbstoffe, die auch in vegetativen Teilen von Arabidopsis - insbesondere unter Stressbedingungen - akkumulieren. Ein Schwerpunkt der Arbeiten lag auf der hochlichtinduzierten und zuckerinduzierten Anthocyanproduktion. Dazu wurde bisher die Methodik der Messungen etabliert und optimiert, sodass nun Kleinstmengen der Anthocyane in einzelnen Keimlingen von Arabidopsis nachgewiesen und quantifiziert werden können.Die Anthocyan Biosynthese wird über ein regulatorisches Netzwerk von Transkriptionsfaktoren (TF) kontrolliert. Mutanten im TF TTG1 in den beiden Modellpflanzen Arabidopsis thaliana und Arabis alpina aus der Familie der Brassicaceen wurden mithilfe der am MS-Gerät entwickelten Methodik auf den Gehalt spezifischer Anthocyane hin untersucht. Diese Studien haben gezeigt, dass die Rolle von TTG1 in der Anthocyanproduktion und in weiteren vier komplexen Eigenschaften im Verlauf der Evolution stark konserviert worden sind und trotzdem starke phänotypische Unterschiede zwischen den beiden verwandten Pflanzenarten auftreten. Glukosinolate sind sekundäre Pflanzenstoffe in den Brassicaceen, die eine wichtige Rolle in der Abwehr von schädlichen Mikroben spielen. Hier wurde das Gerät zur Messung von Glukosinolaten in Arabidopsis thaliana und Mutanten in der Regulation der Glucosinolatbiosynthese verwendet. Zudem wurden Glukosinolatprofile von Arabidopsis thaliana, A. lyrata, Cardamine hirsuta, und Aethionema zur Charakterisierung noch unbekannter genetischer Module untersucht. Der Schwefelmetabolit 3'-Phosphoadenosine 5'-phosphosulfate (PAPS) wird zur Sulfatierung der Glukosinolate im Cytosol benötigt. Es wurde mithilfe der MS Technologie das Vorhandensein von desulfatierten Glukosinolatvorstufen in einer PAPS-Transporter Mutante bestätigt, die im Wildtyp nicht zu finden sind. Unterschiedliche A. thaliana Ökotypen besitzen in natürlichen Böden unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften. In einem weiteren Projekt wird untersucht, ob die Variabilität der Glukosinolate in der Art A. thaliana zur Strukturierung des pflanzlichen Mikrobioms führt. Sphingolipide sind Bestandteil der pflanzlichen und mikrobiellen Membranen und kommen in Bakterien der Phyllosphäre und Rhizosphäre vor. Das Gerät wurde für den Nachweis des Lyso-sphingolipids Sphingosylphosphorylcholin (SPC) in Bakterien der Gruppe der Sphingomonaden genutzt. Pflanzliche Triterpene spielen eine wichtige Rolle in Entwicklungsprozessen von Pflanzen, sowie in Pflanzen-Mikroben-Interaktionen. Das Projekt beinhaltet die Etablierung von A. thaliana-abgeleiteten, synthetischen Triterpenoid-Biosynthese-Modulen in Bakterien, zu deren Produktion und Untersuchung auf biochemischer und funktioneller Ebene. Das Gerät wurde verwendet, um die Synthese pflanzlicher Triterpene wie Squalen, 2,3-Oxidosqualen und Cycloartenol in Extrakten des Bakteriums Rhodobacter capsulatus nachzuweisen.
Publications
- 2012, The Arabidopsis thylakoid ADP/ATP carrier TAAC has an additional role in supplying plastidic phosphoadenosine 59-phosphosulfate to the cytosol
Gigolashvili et al.
(See online at https://doi.org/10.1105/tpc.112.101964) - 2014, Analysis of TTG1 function in Arabis alpina
Chopra et al.
(See online at https://doi.org/10.1186/1471-2229-14-16) - 2015 An integrated functional approach to dissect systemic responses in maize to arbuscular mycorrhizal symbiosis
Gerlach N. et al.
(See online at https://doi.org/10.1111/pce.12508) - 2016 CCoAOMT down-regulation activates anthocyanin biosynthesis in Petunia
Shaipulah et al.
(See online at https://doi.org/10.1104/pp.15.01646) - 2016 MYB-FL controls gain and loss of floral UV absorbance, a key trait affecting pollinator preference and reproductive isolation
Sheehan H. et al.
(See online at https://doi.org/10.1038/ng.3462)
