Biosynthese von Blüten– und Blätterduftstoffen- verfolgt anhand stabiler Isotope -

Janine Seyfferth

Astrid Søe, Maritta Kunert, Stefan Bartram, Wilhelm BolandMax Planck Institut für Chemische Ökologie, Deutschland

(Jena, GASIR Jahrestagung, 11. 10. 2005)

Allgemeines

Duftstoffe

ShikimisäurewegIsoprenoidweg Octadecanoidweg

aromatischeVerbindungenTerpene Fettsäuren und

Derivate

EinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

Shikimisäureweg

Nach Heldt, H. W. Pflanzenbiochemie. Spektrum Akademischer Verlag, 1996

EinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

Biosynthesewege

OO

O

HO

OO

PEP + Erythrose-4-phosphat

Shikimat

Chorismat

Cumarin(Waldmeister)

Benzaldehyd(Bittermandel)

Vanillin(Vanille)

Octadecanoidweg

linolenic acid

u.a. sogenannte „green leaf volatiles“

EinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

Biosynthesewege

CO2

G3P

1-deoxy-D-xylulose-5-P

2-C-methyl-D-erythritol-4-P

DMAPP

Hydroxyethyl-TPP

Pyruvat-CO2

Mono- u. Diterpene

IPP

Glucose

G3P DHAP

Pyruvat

Fructose-1,6-bisphosphat

AcetylCoAMevalonatIPP

verändert nach H. P. Affek und D. Yakir, Plant Physiology,2003

Chloroplast Cytosol

?

Sesquiterpene

EinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

Biosynthesewege

MEP MVA

(5xC) (5xC)

(10xC) (20xC) (15xC)

EinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

Lantana camara(Asteridae, Verbenaceae)

- urspr. aus dem tropischen Südamerika,- bei uns als Zierpflanze in Gärten (Wandelröschen),- Wurzeln, Blätter und Staubblätter in Volksmedizin Chinas

Aufgabe

Analyse stabiler Isotopensignaturen von Duftstoffenaus Blüten und Blättern

v

Lantana camara

Blüte7,5 fache Vergrößerung

Blätter12,5 fache Vergrößerung

Trichome – zur DuftstoffspeicherungEinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

diurnale Rhythmik(Blätter in 1mM Jasmonsäure)

0 1000 2000 3000 4000 5000

0

1000

2000

3000

4000

5000am

ount

(Hz)

time

night ocimene caryophyllene tmtt humulene

Nac

ht (2

1-7U

hr)

EinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

Lantana camara

rela

tive

Inte

nsitä

t

Nac

ht (2

1-7U

hr)

Nac

ht (2

1-7U

hr)

Zeit (min)

Duftprofil

δ13C- Signaturen gleicher Verbindungenwerden verglichen (GC-IRMS)

Blüten

EinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

Lantana camara

R T : 4 .9 8 - 1 3 .4 3

5 .0 5 .5 6 .0 6 .5 7 .0 7 .5 8 .0 8 .5 9 .0 9 .5 1 0 .0 1 0 .5 1 1 .0 1 1 .5 1 2 .0 1 2 .5 1 3 .0T im e (m in )

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

8 5

9 0

9 5

1 0 0

Rel

ativ

e Ab

unda

nce

5 .5 5

1 0 .7 6

7 .9 5

9 .8 5

1 2 .7 01 0 .9 7

1 1 .5 21 1 .1 8

6 .7 8 1 2 .8 5

1 0 .5 35 .3 9 1 2 .0 47 .8 41 3 .0 31 0 .4 27 .7 16 .6 0 8 .7 6 9 .2 08 .7 18 .0 3 1 2 .5 99 .3 46 .9 96 .0 35 .0 7

N L :8 .9 6 E 6T IC M S 2 1 0 la n ta n a

R T : 4 .9 6 - 1 3 .4 5

5 .0 5 .5 6 .0 6 .5 7 .0 7 .5 8 .0 8 .5 9 .0 9 .5 1 0 .0 1 0 .5 1 1 .0 1 1 .5 1 2 .0 1 2 .5 1 3 .0T im e (m in )

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

8 5

9 0

9 5

1 0 0

Rel

ativ

e Ab

unda

nce

9 .8 5

1 2 .7 0

1 0 .7 5 1 1 .1 79 .1 6

1 0 .3 57 .9 4

1 1 .5 2

5 .5 4 7 .3 5

1 1 .8 16 .7 7 7 .6 9 8 .5 7 1 2 .0 47 .2 9 1 2 .8 51 2 .5 19 .0 76 .2 1 6 .5 9 1 0 .2 76 .1 65 .2 7 8 .0 3 9 .5 37 .0 3

N L :2 .4 6 E 6T IC M S 2 1 1 L a n ta n a

Ocimen trans-Caryophyllen α-Humulen

Blätter

Duftsammeln:close loop stripping

Isotopenvergleich

EinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

Blüten und Blätter in 1mM Jasmonsäure

Diskussion

-signifikante Unterschiede in Sesquiterpenen,dabei Isotopenwerte der Blüten deutlich mehr abgereichert

Normalerweise :Monoterpene: Ursprung im plastidiären MEP WegSesquiterpene: gemischten Ursprungs (MEP + MVA)Aber :Keine Photosynthese kein DOX kein IPP

Sesquiterpenbaueinheiten nur aus MVA- Weg

EinleitungallgemeinesBiosynthesewege

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

δ 13C≈ (-25) – (-30)‰

δ 13C≈ (-30) – (-35)‰

Ausblick

Bevorzugen Blüten bzw. Blätter jeweils einen der beidenTerpen-Biosynthesewege?

Fütterungsversuche mit markierten Vorstufen derBiosynthesewege (z. Bsp.: DOX und Mevalonat),Einbauraten verfolgen

Gibt es zwischen Blüten und Blättern schon Unterschiede in den Kohlenstoffpools, evt. hervorgerufendurch Transportprozesse?

Zucker von Blüten und Blättern extrahieren,von Glucose die Isotopensignaturen messen

Kann man Unterschiede auf molekularer Ebene finden?

Unterschiedliche Expression der Gene fürEnzyme von MEP- und MVA- Biosynthesewegprüfen

für Lantana camara :EinleitungallgemeinesBiosynthesewege?

BeispielLantana camaraDuftlokalisationdiurnale RhythmikDuftprofilIsotopenvergleichDiskussion

Ausblick

besonderen Dank an:Astrid SøeMaritta KunertWilhelm BolandStefan BartramAngelika Berg

und Ihnen danke ichfür Ihre Aufmerksamkeit !

aber auch an die ganze Arbeitsgruppe und den FB Biologie der Uni Rostock