The role of cytochrome P450 enzymes in the biosynthesis of abietane diterpenes from rosemary and sage : kumulative Dissertation

Abstract

Abietanditerpene (AD) bilden eine vielfältige Gruppe von spezialisierten Pflanzenmetaboliten. Das Hauptziel der Doktorarbeit war die Untersuchung der katalytischen Rolle von Cytochrom-P450-Enzymen (CYP) in den Stoffwechselwegen von oxidierten ADs aus Lippenblütengewächsen. Im Zuge dessen wurden zuvor charakterisierte Ferruginolsynthasen in Hefe getestet und als Hydroxyferruginolsynthasen charakterisiert. Durch Identifikation von C20-Oxidasen und deren Co-Expression mit Hydroxyferruginolsynthasen konnte die Carnosinsäurebiosynthese in Hefe rekonstruiert werden. Um die enzymatische Aktivität der CYP-Enzyme in der AD-Biosynthese aus Lippenblütlern besser zu verstehen, wurden Kandidaten aus Rosmarin und Salbei genauer charakterisiert. Eine Expression allein oder in Kombination miteinander katalysierte die Bildung von 14 oxidierten ADs in Hefe. Außerdem enthält diese Doktorarbeit eine umfassende Übersicht der CYP-Enzyme, die zu pflanzlichen Diterpenstoffwechselwegen beitragen.

Abietane diterpenes (AD) are a diverse group of specialized plant metabolites. The main aim of the present thesis was to investigate the catalytic role of cytochrome P450 enzymes (CYP) in the oxidation of ADs from the Lamiaceae. In the course of this, previously characterized ferruginol synthases were tested in yeast and characterized as hydroxy ferruginol synthases. By identification of C20 oxidases and their co-expression with hydroxy ferruginol synthases, the carnosic acid biosynthesis was reconstituted in yeast. To further explore the enzymatic activities of CYPs in AD biosynthesis from Lamiaceae, candidates from rosemary and sage were characterized in more detail. Expressed alone or in combination they catalyzed the formation of 14 oxidized ADs in yeast. Furthermore, this thesis gives a comprehensive survey of CYPs related to plant diterpene pathways.