Stärkebiosynthese: Ein Stoffwechselweg aus Monokotyledonen in Dikotyledonen
Reza Chamansara, Manish L. Raorane
Stärke ist ein primärer Energiespeicher in Pflanzen. Neben stärkehaltigen Grundnahrungsmittel für Menschen und Nutztiere findet sie auch wichtige Anwendungen in der Pharma- und Lebensmittelindustrie, mit einer jährlichen Produktion von etwa 4 Milliarden Tonnen. Die Effizienz der Stärkeproduktion variiert jedoch erheblich zwischen Monokotyledonen und Dikotyledonen. Bei Monokotyledonen führen die zytosolische Lokalisation der ADP-Glukose-Pyrophosphorylase (AGPase) und das Vorhandensein eines Nukleotidzuckertransporters (NST1) zu einem energieeffizienteren Stärkesyntheseweg. In Dikotyledonen hingegen findet die ADP-Glucose Synthese im Plastiden statt, wobei ATP in diese importiert wird. Darüber hinaus wird das von der AGPase gleichzeitig produzierte Pyrophosphat in Monokotyledonen zwar im Cytosol als NTP zurückgewonnen, jedoch in Dikotyledonen im Plastid zu anorganischem Phosphat (Pi) hydrolysiert, was einen Energieverlust von - 21 kJ/mol PPi verursacht und so zu einer geringeren Effizienz führt. In diesem Projekt soll die Stärkesynthese in Dikotyledonen durch die Einführung der cAGPase- und NST1-Gene aus Monokotyledonen verbessert werden. Diese Gene haben sich als metabolischer Vorteil bei der Stärkeausbeute erwiesen. Unter Ausnutzung aktueller Fortschritte in Biotechnologie und Pflanzenzüchtung zielt dieses Projekt darauf ab, die Stärkesynthese in Dikotyledonen durch die Einführung dieser Monokotyledonen-Gene zu verbessern, wodurch der effizientere Monokotyledonen-Weg nachgeahmt und der wachsende globale Bedarf an nachhaltiger und effizienter Lebensmittelproduktion gedeckt werden kann.
Der Stoffwechselweg von Saccharose zur Stärke. Das Enzym "cAGPase" und der Transporter "NST1" wurden eingefügt.