Viele Menschen leiden unter einer Pollenallergie. Häufig sind Gräserpollen dafür verantwortlich. Ein Forscherteam untersuchte wie sich der Einsatz von Düngemitteln auf Pollen auswirkt. Dafür wurden... Mehr lesen ...
Pflanzen beherrschen die Kunst, eine beeindruckende Vielfalt an chemischen Substanzen zu produzieren, mit denen sie sich unter anderem gegen Fressfeinde und Krankheitserreger schützen. Viele dieser pflanzlichen Wirkstoffe sind aufgrund ihrer medizinischen Eigenschaften auch für den Menschen von Interesse. So synthetisieren zahlreiche Nachtschattengewächse etwa Withanolide – eine umfangreiche Gruppe von Steroiden, die gesundheitsfördernde Effekte haben. Die Entstehung dieser Verbindungen und die Mechanismen ihrer Regulation sind bislang jedoch kaum erforscht.
Professor Claude Becker und sein Team, Genetiker an der Fakultät für Biologie der LMU, haben einen Gencluster entdeckt, der für die Produktion der Withanolide in der Erdkirsche (Physalis grisea) verantwortlich ist. Die Forschungsergebnisse, die in Kooperation mit Partnern des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie in Golm sowie der Universität Hohenheim erzielt wurden, wurden kürzlich im Fachmagazin PNAS veröffentlicht.
„Im Genom beherbergen Gencluster, wie der von uns identifizierte, auf engstem Raum die Gene, die für die hintereinandergeschalteten Enzyme eines Biosynthesewegs codieren“, erklärt Becker. „Solche Cluster sichern die gemeinsame Regulation und Vererbung dieser zusammengehörigen Gene“. Im Zusammenhang mit dem Withanolid-Cluster entdeckte das Team eine Verdopplung im Genom. Dabei entstanden zwei Teilcluster, die funktional voneinander getrennt agieren: Einer ist ausschließlich in den Wurzeln aktiv, während der andere nur in den oberirdischen Pflanzengeweben wirkt. „Was uns überrascht hat, ist, dass die räumliche und funktionale Trennung der beiden Einheiten dabei epigenetisch reguliert zu sein scheint“, sagt Becker.
Die beiden Cluster-Versionen unterscheiden sich demnach in ihrer lokalen Struktur sowie in den chemischen Modifikationen des Erbguts. Die Forschenden vermuten, dass diese Trennung der Pflanze ermöglicht, in den ober- und unterirdischen Geweben jeweils eine spezifisch angepasste chemische Verteidigung aufzubauen.
Durch vergleichende genomische Analysen konnte das Team außerdem feststellen, dass die Duplikation des Genclusters ausschließlich in der Gruppe der Blasenkirschen und deren nahen Verwandten aufgetreten ist. Während der Cluster innerhalb der Nachtschattengewächse weitgehend konserviert bleibt, kommt er in der Gattung der Tomaten und Kartoffeln nicht vor.
„Unsere Studie ermöglicht erste Einblicke in die Herstellung der vielfältigen und multifunktionalen Gruppe der Withanolide und liefert somit die Grundlage für die potenzielle Entwicklung alternativer Pestizide und pharmazeutischer Wirkstoffe“, so Becker.
Quelle: LMU
