Molekulare Mechanismen der Ausprägung von Chemotypen in Thymus vulgaris

Abstract

Die Ausprägung von Chemotypen ist in der Pflanzenwelt weitverbreitet. Ein Modellsystem für die Untersuchung der Chemotypbildung ist der echte Thymian (Thymus vulgaris), von dem sechs Chemotypen aus Südfrankreich beschrieben wurden. Aus den Chemotypen isolierte Monoterpensynthasen produzierten Hauptmonoterpene sowie Hauptbestandteile des ätherischen Öls. Die Analyse der Transkriptmengen der Terpensynthasen und der Vergleich dieser mit dem Auftreten der Produkte in planta zeigte, dass die differentielle Expression der Terpensynthasegene den gebildeten Chemotyp bestimmt. Das Strukturgen von TvTPS2 wurde aus allen Chemotypen isoliert. Zusätzlich wurde die zum Gen gehörige Promotorregion identifiziert und hinsichtlich ihrer regulatorischen Elemente untersucht. Mittels Bisulfitsequenzierung wurden erste Untersuchungen zum Methylierungsgrad der Promotorregion von Tvtps2 durchgeführt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Ausprägung der Chemotypen über die Methylierung der Promotorregion des jeweiligen Terpensynthasegens erfolgt.

Chemical phenotypes are widespread throughout the plant kingdom. There are six chemotypes of common thyme (Thymus vulgaris) from the South of France which serve as a model system for studying the chemotype formation. Isolated terpene synthases from all chemotypes have been studied. Most of them produced major monoterpenes of the essential oil. Their genes were nearly exclusively expressed in chemotypes that had a high amount of the enzyme’s products in their essential oil. These results showed that the differential expression of the terpene synthase genes determines the respective chemotype. The structural gene of the TvTPS2 was isolated from all chemotypes and its corresponding promoter region was identified. The regulatory elements of the promoter were compared between the chemotypes. By using bisulfite sequencing the degree of DNA-methylation of the promoter region of Tvtps2 in the chemotypes has been calculated. The results suggest that the formation of the chemotypes is controlled by the DNA-methylation patterns of the promoter region of the terpene synthase genes.