Genexpressionsanalysen in elicitierten Suspensionskulturzellen von Escholzia californica Cham. und Identifizierung von EcaERF2 als transkriptioneller Regulator der Alkaloidbiosynthese

Abstract

Elicitierte Suspensionszellkulturen von Eschscholzia californica produzieren Benzylisochinolinalkaloide vom Benzophenanthridin-Typ. Die Biosynthese der Benzophenanthridine ist auf enzymatischer Ebene bereits gut untersucht und einige cDNAs aus verschiedenen Spezies konnten insbesondere mit Hilfe von Zellkulturen isoliert werden. Über die Regulation der Alkaloidbiosynthese liegen dagegen erst wenige Erkenntnisse vor. Zur Identifikation von Transkriptionsfaktoren wurden EST-Sequenzierungen und Genexpressionsanalysen mittels cDNA-Macroarrays durchgeführt. Aus einem Set von 1140 Unigenes konnten fünf neue cDNAs der Alkaloidbiosynthese isoliert werden. Davon gehören drei zu Methyltransferasen und zwei zu Cytochrom-P450 Enzymen der CYP719A-Familie. Zudem wurden zahlreiche cDNAs für mögliche Transkriptionsfaktoren gefunden. Durch die vergleichenden Genexpressionsanalysen wurden EcaERF2 und EcaERF3 als potentielle Regulatoren identifiziert. Beide Transkripte zeigten nach Zugabe von Methyljasmonat oder dem Hefeelicitor eine schnelle starke und transiente Induktion, die der Transkriptakkumulation der biosynthetischen Enzyme voraus geht. Für EcaERF2 wurde in vitro die spezifische Bindung an die GCC-Box nachgewiesen. Dieses Element befindet sich auch im Promotor des Berberinbrückenenzyms. Diese Daten legen nahe, das EcaERF2 ein transkriptioneller Regulator der Alkaloidbiosynthese in E. californica ist. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern Sequenzinformationen zur Auffindung neuer Biosyntheseenzyme sowie Ansätze zur weiteren funktionellen Charakterisierung der Transkriptionsfaktoren EcaERF2 und EcaERF3.