Molecular biological and immunological investigations of tissue- and cell-specific localization of homospermidine synthase, the entry enzyme of pyrrolizidine alkaloid biosynthesis, in Eupatorium cannabinum (Asteraceae) and Phalaenopsis Species (Orchi

Anke, Sven

Pyrrolizidin-Alkaloide (PAs) sind typische pflanzliche Sekundärstoffe, die den Pflanzen als chemische Abwehrstoffe gegen Herbivoren dienen. Im Pflanzenreich ist ihr Vorkommen auf nicht miteinander verwandte Familien innerhalb der Angiospermen beschränkt wie z. B. den Asteraceen und Orchidaceen. Die erste Reaktion in der PA-Biosynthese katalysiert die Homospermidin-Synthase (HSS), die im Laufe der Evolution nach einer Genduplikation aus der Desoxyhypusin-Synthase (DHS) entstanden ist. Die DHS ist ein Enzym des Primärstoffwechsels, das an der Aktivierung des eukaryontischen Initiationsfaktors 5A (eIF 5A) beteiligt ist. Aktuelle Untersuchungen in unserer Arbeitsgruppe zeigten, daß die HSS mehrmals unabhängig während der Angiospermenevolution aus der DHS hervorgegangen ist. Wir untersuchen, ob sich dieser polyphyletische Ursprung der HSS in ihrer gewebe- und zellspezifischen Lokalisation widerspiegelt. In Expressionsstudien im Northern Blot, der RT-PCR sowie im Western Blot wurde die HSS der Asteraceae E. cannabinum ausschließlich in den jährlich neu austreibenden Wurzeln nachgewiesen. Darüber hinaus zeigten Untersuchungen auf zellulärer Ebene mit Hilfe der Immunolokalisation, daß die HSS ausschließlich im Wurzelrindenparenchym lokalisiert ist. Im Gegensatz dazu wurde die HSS der Orchidaceae Phalaenopsis spec. im Western Blot sowie dem „tissue printing“ nicht nur in den Luftwurzelspitzen, sondern auch in den Knospen nachgewiesen. Anschließende Immunolokalisationsstudien von beiden Geweben auf zellulärer Ebene zeigten, daß die HSS in spezifischen Zellen lokalisiert ist.

Pyrrolizidine alkaloids (PAs) are secondary metabolites produced by plants as chemical defenses against herbivores. Their occurrence is restricted to some members of certain families within the angiosperms like the Asteraceae and Orchidaceae. The first reaction in PA-biosynthesis is catalyzed by homospermidine synthase (HSS) which originated from deoxyhypusine synthase (DHS) by gene duplication. DHS is responsible for the posttranslational activation of the eukaryotic translation initiation factor 5A (eIF 5A) in primary metabolism. Our recent research indicates that HSS evolved several times independently from DHS during angiosperm evolution. We investigated, whether the polyphyletic origin of the HSS is reflected in its tissue- and cell-specific localisation. RT-PCR, RNA and protein blot analysis of Eupatorium cannabinum (Asteraceae) showed that the HSS is expressed exclusively in the newly sprouted roots. Moreover, immunolocalisation experiments demonstrated that the HSS is localised only in the cortical parenchyma cells. In contrast, western blot analysis and tissue prints of the Orchidaceae Phalaenopsis spec. showed that the HSS is expressed in aerial root tips as well as in flower buds. The following immunolocalisation studies of both tissues demonstrated that the HSS is localised in specific cells.

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Anke, Sven: Molecular biological and immunological investigations of tissue- and cell-specific localization of homospermidine synthase, the entry enzyme of pyrrolizidine alkaloid biosynthesis, in Eupatorium cannabinum (Asteraceae) and Phalaenopsis Species (Orchi. 2004.

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