Modifikation des Nortropanalkaloid-Stoffwechsels in Solanum tuberosum L. durch Knockdown und Überexpression von Biosynthesegenen

Abstract

Die Biosynthese und Funktion der zu den Nortropanalkaloiden gehörenden Calystegine sind in Solanum tuberosum (Kartoffel, Solanaceae) noch nicht vollständig aufgeklärt. Die Überexpression der Putrescin-N-methyltransferase führte zu einer Erhöhung des N-Methylputrescins der Blätter ohne Beeinflussung der Calystegine in den Keimen. Durch Fütterung von Tropinon an Pflanzen mit erhöhter und erniedrigter Expression der Tropinonreduktase I wurde die Funktion des Enzyms als Tropin-bildende Tropinonreduktase in vivo festgestellt. S. tuberosumRNA-Interferenz Pflanzen mit erniedrigter Transkriptakkumulation der Tropinonreduktase II zeigten einen stark verminderten Pseudotropin-Gehalt nach Tropinon-Fütterung der Blätter und Calystegin-Gehalt der Keime. Calystegin B2 hemmte nicht die Sporenkeimung des Oomyceten Phythophthora infestans. Durch S. tuberosum Keimextrakte wurde die Sporenkeimung nahezu vollständig gehemmt. Cucurbinsäure wurde erstmalig in S. tuberosum Blättern detektiert und quantifiziert. Mithilfe der Genomdatenbank für S. tuberosum wurden mehrere Tropinonreduktase-ähnliche Sequenzen identifiziert und hinsichtlich genomischer Struktur und Proteinsequenz analysiert.

Biosynthesis and function of the nortropanealkaloidscalystegines are not completely elucidated in Solanum tuberosum (potato, Solanaceae). Overexpression of putrescine N-methyltransferase increased N-methylputrescine in leaves and did not alter calystegine accumulation in tubersprouts. Tropinone feeding on tropinone reductase I gene knockdown and overexpression plants proved that tropinone reductase I is a functional tropinone reductase in vivo. When tropinone reductase II expression was suppressed by RNA interference, pseudotropine in tropinone fedleaves and calystegine formation in tubersprouts were severely compromised. Calystegine B2did not inhibitsporegermination of theoomycetePhythophthora infestans.Extracts from tubersprouts showed a strong inhibition of P. infestans spore germination. Cucurbic acid was first detected and quantified in S. tuberosumleaves. Tropinone reduktase-like sequences were identified from theS. tuberosum genome database and analysed for genomic structure and proteine sequence.