Metabolitenanalyse von transgenen Brassica napus Linien mit erniedrigtem Sinapinsäureester-Gehalt

Abstract

In Samen von Brassica napus (Raps) akkumulieren antinutritive Sinapinsäureester, die die Verwendung des Samenproteins als Nahrungs- und Futtermittel limitieren. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die umfassende Charakterisierung qualitativer und quantitativer Veränderungen im Primär- und Sekundärstoffwechsel von ausgewählten gentechnisch veränderten Rapslinien mit erniedrigtem Sinapinsäureester-Gehalt. Die samenspezifische Suppression von UGT84A9 (UDP-Glucose:Sinapinsäure Glucosyltransferase) mittels dsRNA-Interferenz führte zu einer stabilen Absenkung des Gesamt-Sinapinsäureester-Gehaltes auf 44 %. Die samenspezifische Co-Suppression von UGT84A9 und BnSCT (Brassica napus 1-O-Sinapoylglucose:Cholin Sinapoyltransferase) resultierte in einem verbleibenden Sinapinsäureester-Gehalt von 63 %. Die erfolgreichste Strategie stellt die kombinierte samenspezifische Suppression von UGT84A9 und die Überexpression einer Sinapinesterase (BnSCE3) mit einem verbleibenden Sinapinsäureester-Gehalt von 6 – 8 % dar. Die samenspezifische Suppression der Sinapinsäureester-Biosynthese konnte durch die Analyse des Metabolitenprofils während der Samen- und Keimlingsentwicklung bestätigt werden. Neben der Absenkung des Sinapinsäureester-Gehaltes wurden vorwiegend in reifen Samen weitreichende Veränderungen des Primär- und Sekundärstoffgehaltes beobachtet. Diese erlauben erste Hypothesen zur Veränderung des Metaboliten-Flusses durch den Phenylpropanstoffwechsel. Die Fitness der Pflanzen war unter Gewächshausbedingungen nicht eingeschränkt. In den Keimpflanzen war eine verzögerte Akkumulation von Sinapoylmalat zu beobachten, die jedoch keine Auswirkungen auf die UV-B-Stressantwort hatte. Ebenso konnten keine signifikanten Veränderungen wertgebender Komponenten wie Öl- oder Proteingehalt festgestellt werden.

Seeds of Brassica napus (oilseed rape, canola) accumulate large amounts of phenolic compounds, mainly sinapine and various other sinapate esters. Sinapate esters are considered as anti-nutritional factors and prevent the use of the protein rich seed meal as food and feed. Within the scope of this work the comprehensive characterization of qualitative and quantitative alterations of the metabolic profile of selected transgenic oilseed rape with low sinapate ester content was performed. The seed-specific suppression of UGT84A9 (UDP-glucose:sinapate glucosyltransferase) led to a reduction of the total sinapate ester content to 44 %. The co-suppression of UGT84A9 and BnSCT (1-O-sinapoylglucose:choline sinapoyltransferase) resulted only in a reduction to 63 % relative to the untransformed control. The most effective strategy was the seed-specific suppression of UGT84A9 combined with the overexpression of a sinapine esterase (BnSCE3) that decreased the sinapate ester content to 6 – 8 %. The analysis of the metabolite profile during seed and seedling development confirmed the seed-specific suppression of sinapate ester biosynthesis. The metabolite profiling revealed drastic and sophisticated changes of the seed metabolome, especially for mature dry seeds. These changes allow first hypotheses about the altered metabolite flux through the phenylpropanoid pathway. The fitness of the plants was not affected under greenhouse conditions. Seedlings showed a delayed accumulation of sinapoylmalate, which, however, did not interfere with the UV-B stress response. Agronomic traits such as oil content or protein content were not altered.