Biosynthesis of gibberellin plant hormons by pathogenic bacteria
Final Report Abstract
Gibberelline sind elementare pflanzliche Hormone. Sie sind insbesondere am Längenwachstum, der Keimung und der Fruchtentwicklung beteiligt. Gleichzeitig sind sie aber auch an der Regulation der pflanzlichen Abwehr gegen Herbivore und Mikroorganismen beteiligt. So produzieren einige Pflanzenpathogenen Gibberelline um die Abwehr ihres Wirtes durch das erzeugte Hormonungleichgewicht zu überwinden. Die erste isolierte Gibberellinstruktur stammt sogar vom phytopathogenen Pilz "Gibberella fujikuroi", dies ist der Erreger der Bakanae-Krankheit, durch welche Reispflanzen zu schnell wachsen und dann unter ihrem eigenen Gewicht zusammenbrechen. Die Biosyntheseschritte in Pilzen und Pflanzen sind bereits im Detail erforscht und erfolgen über unterschiedliche Zwischenstufen. Für die pathogenen Bakterien von Reis "Xanthomonas oryzae pv. Oryzicola", von Weizen oder Roggen "Xanthomonas translucens pv. Translucens" sowie von Melonen oder Gurken "Erwinia tracheiphila" konnte ein Gibberellinbiosyntheseoperon charakterisiert werden. Die Zwischenstufen sind ähnlicher zu denen der Pflanzen als denen der Pilze. Die Enzyme sind jedoch nur sehr entfernt verwandt mit den entsprechenden Enzymen in Pflanzen und Pilzen. Das Vorkommen des Operon "Xanthomonas oryzae pv. Oryzicola" wurde in mehr als 100 verschiedenen Isolaten des Bakteriums, welche in Afrika und Asien von befallenen Reispflanzen und wilden Verwandten von Reis gesammelt wurden, untersucht, und ist in mehr als 90% von ihnen zu finden. Interessanter Weise fehlt es häufiger in afrikanischen Isolaten und nur in Isolaten, die von Reispflanzen isoliert wurden, jedoch nicht in Isolaten, welche von wilden Verwandten des Reis isoliert wurden. Die hohe Wahrscheinlichkeit für das Vorkommen des Operons und das es in sehr entfernt verwandten Bakterien vorkommt, verdeutlicht wie essentiell es für diese Pflanzenpathogenen Bakterien ist, um die Abwehr ihrer Wirtspflanzen zu überwinden.
Publications
- (2017) 18O2 labeling experiments illuminate the oxidation of ent‐kaurene in bacterial gibberellin biosynthesis. Organic & Biomolecular Chemistry, 15, 7566‐7571
Nagel, R. and Peters, R.J.
(See online at https://doi.org/10.1039/c7ob01819c) - (2018) Diverging Mechanisms: Cytochrome‐P450‐Catalyzed Demethylation and gamma‐Lactone Formation in Bacterial Gibberellin Biosynthesis. Accepted Angewandte Chemie International Edition, 57(21), 6082‐6085
Nagel, R. and Peters, R.J.
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201713403)
