Genom-weite Charakterisierung von Glykosyltransferasen die in der Teepflanze (Camellia sinensis) an der C-Glykosylierung und dem Metabolismus kleiner Moleküle beteiligt sind

• Antragsteller: Professor Dr. Wilfried Schwab
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431536455

Blätter und Blattknospen der Teepflanze (Camellia sinensis), aus denen Tee hergestellt wird, sind eine reiche Quelle an bioaktiven Phytochemikalien, die häufig als O- und C-Glykokonjugate vorkommen. C-Glykoside weisen eine dem jeweiligen O-Glykosid ähnliche biologische Aktivität auf, besitzen aber gleichzeitig eine wesentlich verbesserte Stabilität gegenüber der in vivo-Metabilisierung, was sie für die medizinische Chemie attraktiv macht. Uridindiphosphat-Zucker-(UDP)-abhängige Glykosyltransferasen (UGTs) vermitteln in der Regel die Glykosylierung von Pflanzenmetaboliten, indem sie den Transfer eines aktivierten Nukleotidzuckerspenders auf eine Reihe von Akzeptoraglykonen katalysieren, wodurch Glykoside entstehen. Obwohl Glykosidvorläufer das Wachstum der Teepflanze und die Qualität des Produkts Tee bestimmen, wurden die Gene und Enzyme, die an der Glykosylierung kleiner Moleküle beteiligt sind, insbesondere die C-Glykosylierung in der Teepflanze, selten untersucht. Erst kürzlich haben die chinesischen Partner die Genomsequenz von C. sinensis var. sinensis veröffentlicht, die Einblicke in die Entwicklung des Teegenoms und der Teequalität gibt. Da die deutschen und chinesischen Partner über umfangreiche Erfahrungen in der biotechnologischen Herstellung von niedermolekularen Glukosiden bzw. der Charakterisierung von pflanzlichen UGTs verfügen, wie mehrere gemeinsame Publikationen zeigen, ist es nun möglich, die Gene und Enzyme zu charakterisieren, die an der Biosynthese von niedermolekularen Glykosiden in der Teepflanze beteiligt sind um diese biotechnologisch zu produzieren. Wir identifizierten 298 UGT Family 1 Gene in der Teegenom-Datenbank. Im aktuellen Projekt möchten die chinesische und die deutsche Gruppe die Genom Expansionsmechanismen durch bioinformatische Analysen untersuchen und alle Gene der UGT Familie 1 aus der Teepflanze isolieren. Es ist geplant, die rekombinanten Proteine in Wirtsorganismen zu exprimieren, potenzielle Donor- und Akzeptorsubstrate durch Hochdurchsatz-Screens zu identifizieren und die biologische Funktion ausgewählter Kandidaten durch Überexpression und Herabregulation in transgenen Pflanzensystemen zu untersuchen. Die Aktivität der UGTs wird sowohl durch In-vitro-Assays als auch durch Biotransformationsexperimente analysiert. Die funktionelle Charakterisierung der Kandidaten erfolgt in planta bei Arabidopsis thaliana, Nicotiana benthamiana und Camellia sinensis sowie durch vergleichende Transkriptom- und Metabolitenprofilanalysen. Der Schwerpunkt liegt auf UGTs, die an der C-Glykosylierung, dem Stoffwechsel von Aromachemikalien und der Pflanzenabwehr beteiligt sind. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für die Qualitätsverbesserung von Tee, verstärkter Resistenz von Teepflanzen sowie für die biotechnologische Herstellung von bioaktiven C-Glykosiden mit verbesserter Hydrolysestabilität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Liping Gao; Professor Dr. Chuankui Song; Professor Enhua Xia