Homöostase von Isoprenoiden in Pflanzen: Besseres Verständnis von Kompartimentierung, Stoffwechselflüssen und Transport von Isoprenoiden in glandulären Trichomen von Modell- und Kulturpflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Boutry; Dr. Yoram Eyal; Professor Dr. Robert C. Schuurink; Professor Dr. Alain Tissier
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243271258

Isoprenoide umfassen eine große Bandbreite von Metaboliten mit unterschiedlichen Funktionen als Phytohormone oder als Bestandteile von grundlegenden Zellstrukturen. Sie beinhalten aber auch viele Sekundärmetabolite, die in der pflanzlichen Abwehr gegen Insekten und Krankheitserreger, aber auch bei der Anlockung von Bestäubern oder samenverbreitenden Organismen eine Rolle spielen. Ferner werden einige pflanzliche Isoprenoide als Pharmazeutika, Aroma- oder Duftstoffe kommerziell verwendet. Die innerhalb eines gemeinsamen metabolischen Netzwerks bestehende Koexistenz von Signalmolekülen, von Strukturkomponenten und von Sekundärmetaboliten, die in hohen Konzentrationen in spezifischen Geweben oder sogar in spezifischen Organellen produziert werden können, führt zu der Frage, wie Pflanzenzellen es schaffen, den Metabolitenfluss in Kompetition um dieselben Bausteine zu regulieren. In Pflanzen werden die universellen Isoprenoidvorläufer Isopentenyldiphosphat (IPP) und Dimethylallyldiphosphat (DMAPP) über zwei verschiedene Wege gebildet, den cytosolischen Mevalonat- (MVA)-Weg und den plastidären Desoxyxylulosephosphat-(DXP)-Weg. Obwohl die Zuordnung von Vorläufer aus diesen beiden Quellen relativ strikt ist, gibt es vermehrt Hinweise, dass ein Crosstalk existiert, was den Transport von Prenyldiphosphaten (IPP, DMAPP, GPP, FPP) zwischen Kompartimenten impliziert. Die Identität solcher putativer Transporter ist jedoch noch unbekannt. Die Bildung von kommerziell relevanten Isoprenoiden läuft oft in spezialisierten Zellen oder Strukturen wie z.B. den glandulären Trichomen ab. Die Untersuchung von Isoprenoidflüssen in glandulären Trichomen ist besonders vorteilhaft, da sie vom Rest der Pflanze getrennt sind und keine lebensnotwendigen Organe darstellen, sodass hier Komponenten des Isoprenoidstoffwechsels untersucht werden können, die ansonsten für Wachstum und Entwicklung essentiell sind. Unter Verwendung von zwei Arten von Solanaceen (Tomate und Tabak) als Modellpflanzen für glanduläre Trichome werden wir einen multidisziplinären Ansatz implementieren, der Proteomics, Interactomics, Zellbiologie, Biochemie und Molekulargenetik einschließt, um unser Verständnis des Isoprenoidstoffwechsels zu vertiefen. Die Hauptziele dieses Projekt sind 1) Identifizierung von Transportern für intrazelluläre Isoprenoid-Intermediate und für die Isoprenoid-Sekretion; 2) Bestimmung von Metabolitenflüssen durch diese Synthesewege in verschiedenen Typen von glandulären Trichomen; 3) Etablierung einer detaillierten Karte von subzellulären Lokalisationen aller Enzyme des Isoprenoidstoffwechsels; 4) Erforschung des Interactomes von Enzymen des Isoprenoidstoffwechsels. Dieses Forschungsprogramm wird neue Aufschlüsse darüber geben, wie glanduläre Trichome solch massive Metabolitenflüsse in Richtung spezieller Endprodukte erzielen, während die Homöostase gewährleistet sein muss, und wird neue Wege für eine wissensbasierte Nutzung dieser natürlichen Zellfabriken aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Israel, Niederlande
• Beteiligte Personen: Privatdozent Dr. Gerd Balcke; Dr. Antoine Champagne; Hervé Degand; Ahuva Frydman; Anja Henning; Joseph Nader; Michel de Vries