Das Herbizid Phosphinothricin-Tripeptid, ein Modell zum Studium der Evolution einer Sekundärmetabolit-Biosynthese in Bakterien

• Applicant: Professor Dr. Wolfgang Wohlleben
• Subject Area: Plant Biochemistry and Biophysics
• Term: from 2003 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5405124

Steptomyces viridochromogenes synthetisiert das Herbizid Phosphinothricyl-Alanyl-Alanin (Phosphinothricin-Tripeptid = PTT), das die bakterielle und pflanzliche Glutaminsynthetase kompetitiv hemmt. Die Biosynthese von PTT beginnt mit der Bereitstellung der seltenen Aminosäure N-Acetyl-Demethyl-Phosphinothricin (N-Ac-DMPT), die dann durch nicht riobosomale Peptidsynthetasen (NRPS) mit zwei Alaninresten verknüpft wird. Zwei Besonderheiten machen die PTT-Biosynthese zu einem geeigneten Modell zum Studium der Evolution der Sekundärmetabolit-Biosynthese: An der Bereitstellung von N-Ac-DMPT sind drei Enzyme beteiligt, die sich direkt von Enzymen des TCC-Zyklus ableiten; im Produzenten finden sich also sowohl die Gene für die entsprechenden Enzyme des Primärmetabolismus als auch die Gene für die Sekundärmetabolismus-Enzyme. Hier soll die zentrale Rolle einer Aconitase genutzt werden, um daran sowohl die Veränderung der Substratspezifität im Laufe der Evolution als auch die differenzierungsabhängige Regulation der entsprechenden Enzyme zu studieren. Darüber hinaus stellt die PTT-Biosynthese das einzig bekannte System dar, in dem sowohl alle Peptidsynthetasemodule als auch die Thioestrease-Funktionen jeweils auf einem separaten Protein lokalisiert sind. Durch den Vergleich mit multifunktionellen NRPS soll untersucht werden, ob das "Einzelenzym-System" eine "Urform" der nicht-ribosomalen Peptidsynthese darstellt. Dazu soll zuerst analysiert werden, wie die einzelnen Enzyme interagieren und wie die koordinierte Expression der im Gencluster verstreut liegenden Gene erfolgt.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1152: Evolution of Metabolic Diversity