Aktuelle Forschungsvorhaben
Die Rolle des intrazellulären pH und Transports beim Signaltransfer zur Auslösung des Alkaloidstoffwechsels in Pflanzenzellen
Wissenschaftliche Bearbeiter: Sven Evers, Brigitte Schumann, Margit Hieke, Werner Roos
Förderung: DFG (SFB 363)
In Zellkulturen des Goldmohns (Eschscholtzia californica) wird die Auslösung der Biosynthese von Benzophenanthridin-Alkaloiden durch Elicitormoleküle aus Pilzzellen untersucht. Die zur Auslösung der Alkaloidbiosynthese führenden Signale können von der hypersensitiven Reaktion der Pflanzenzelle getrennt werden. Mit Hilfe der konfokalen Laser-Mikroskopie wurden dynamische pH-Karten erstellt, welche die durch Elicitorkontakt ausgelösten Veränderungen des cytosolischen pH lokalisieren und quantifizieren. Die durch Aktivitätsänderungen vakuolärer Transportsysteme ausgelösten Protonenfluxe sind sehr wahrscheinlich Bestandteil der Signalkette, welche zur Induktion des Alkaloidstoffwechsels führt: artifizielle, reversible pH-Änderungen sind ein ausreichendes Signal zur Auslösung der Alkaloidbildung. Am Mechanismus der pH-Verschiebungen und der Auffindung der durch sie aktivierten Enzyme wird gearbeitet.
Struktur und ökologische Funktion von Signalmolekülen aus Penicillium cyclopium
Wissenschaftliche Bearbeiter: Florian Helbig, Werner Roos
Förderung: Chemiefonds (abgeschlossen)
Kulturen von Penicillium cyclopium produzieren niedermolekulare Verbindungen, die beim Kontakt mit keimenden Sporen die Induktion des später einsetzenden Alkaloidstoffwechsels auslösen. Die aufwendige Suche nach den in geringsten Konzentrationen wirksamen Verbindungen ergab, daß Harnsäure als Signal für die Induktion der Alkaloidbildung fungiert. Der Angriffspunkt liegt sehr wahrscheinlich nicht auf der enzymatischen Ebene, sondern bei der Bereitstellung des in der Vakuole konzentrierten Prekursors Phenylalanin. An der Strukturanalyse weiterer aktiver, wahrscheinlich strukturell ähnlicher Peptide wird gearbeitet. Unter dem Einfluß des Signalpeptids werden Alkaloide in emersen Kulturen nicht nur vermehrt gebildet, sondern auch verstärkt ausgeschieden.
F. Helbig, Dissertation 1997, Universität Halle
Die Rolle des vakuolären Transports bei der Alkaloidbiosynthese in Penicillium cyclopium
Wissenschaftliche Bearbeiter: Jörg Steighardt, Thomas Pönitz, Werner Roos
Die Bildung von Benzodiazepinen durch diesen Schimmelpilz ist regulatorisch mit dem Transport von Präkursoren und Signalmolekülen verknüpft. Unsere Arbeiten zeigen, daß
- die Alkaloidbiosynthese selektiv aus dem pool der vakuolären Aminosäuren gespeist wird,
- die für den Phenylalanin-Transport verantwortlichenen Transportsysteme in der Vakuolenmembran durch endogene Signalmoleküle induziert werden, welche zugleich eine Steigerung der Alkaloidausbeute bewirken,
- der Efflux aus der Vakuole durch die Konzentration der Adenylate (ATP, ADP, AMP) selektiv kontrolliert wird.
- Mit Hilfe des photo-affinity-labelling konnten Phenylalanin bindende Proteine in Membranvesikeln markiert werden, als Voraussetzung für die folgende molekularbiologische Analyse.
Roos, W., Schulze, R. and Steighardt, J. (1997). Dynamic compartmentation of vacuolar amino acids in Penicillium cyclopium, J. Biol. Chem. 272, 15849 - 15855
Die Wirkungsweise und biologische Funktion von trans-Plasmalemma Redoxsystemen in Pilz- und Pflanzenzellen
Wissenschaftliche Bearbeiter: Batsuch Dordschbal, Anja John, Werner Roos
Förderung: DFG (Innovationskolleg "Zellspezialisierung")
In drei Penicillium-Arten wurden Redoxsysteme nachgewiesen, welche Elektronen von intrazellulären Donatoren durch die Plasmamembran auf externe Akzeptoren (Schwermetallsalze) übertragen. In Penicillium cyclopium wurde die drastische, stereoselektive Stimulation dieses Elektronentransfers durch extrazelluläre ß-Glucose gefunden. Dieser Vorgang ist unabhängig vom Transport oder der Metabolisierung von Glukose. Die Reduktion führt zu einer Depolarisierung des Membranpotentials und einer intrazellulären pH-Verschiebung, gefolgt von der ATPase-katalysierten Ausscheidung von Protonen. Das Redoxsystem wird durch das Pflanzenhormon Kinetin selektiv gehemmt. An der Auffindung von Proteinkomponenten in der Zellwand, die die Wirkung der niedermolekularen Effektoren vermitteln, wird gearbeitet. Weitere Arbeiten zielen auf die Charakterisierung ähnlicher Redoxsysteme in Plasmamembranen höherer Pflanzen und ihre Funktion in der Pathogenabwehr.
Reuter, J. and Roos, W. (1994): A glucose-activated electron transfer system in the plasma membrane stimulates the H+-ATPase in Penicillium cyclopium. J. Bacteriol. 176, 5429-5438.