Biosynthese von UV-Blütenmalen

Blütenmale (Honey guides) sind Pigmentierungsmuster, deren physiologische Aufgabe in der Anlockung von Bestäubern und dem Wegweisen in die inneren Teile der Blüte zu den Sexualorganen besteht. Meist handelt es sich dabei um auffällig gefärbte Flecken, Linien oder Punkte, wie z.B. die schwarz gefärbten Bereiche im Inneren der Mohnblüte oder die Punkte in der Blüte des roten Fingerhuts. Häufig sind jedoch Blütenmale für das menschliche Auge nicht erkennbar, weil sie durch Akkumulation von UV- absorbierenden Verbindungen gebildet werden, die von Bienen - die Ultraviolett wahrnehmen- als Farbmuster erkennbar sind. Rudbeckia hirta, der raue Sonnenhut, ist ein gut untersuchtes Modellsystem für solche UV-honey guides. Die für den Menschen einheitlich gelb gefärbten Blüten weisen unter dem UV-Licht zwei konzentrische Ringe auf, wobei sich die innere Petalenhälfte dunkel vor dem hellen Außenring abzeichnet. Untersuchungen haben gezeigt, daß die äußeren Petalenhälften durch die Anwesenheit von Carotenoiden UV-reflektierend sind, während im Inneren Flavonoide, und zwar 6- Hydroxyflavonolderivate, für die UV-Absorption verantwortlich sind. Während die Anwesenheit von UV-honey guides in Rudbeckia hirta durch zahlreiche Aufnahmen und spekrometrische Untersuchungen belegt ist, soll ihre Bildung auf biochemischer und molekularer Ebene in diesem Projekt erstmals untersucht werden. Dazu muß zunächst die Biosynthese der für die UV-Absorption verantwortlichen Pigmente untersucht werden. In der Literatur wird die Anwesenheit von verschiedenen 6- Hydroxyquercetin (Quercetagetin)-derivaten beschrieben, die sich durch ihr Glucosylierungs- und Methylierungsmuster unterscheiden. Obwohl die Flavonoidbiosynthese schon recht gut erforscht ist, gibt es nur wenige Arbeiten über die Bildung von höher hydroxylierten Flavonolen. Die Untersuchungen werden sich auf die Einführung einer Hydroxylgruppe an der Position 6 im A-Ring, sowie auf die Einführung von Glucosylgruppen an den Positionen 3 und 7 und von Methylgruppen an den Positionen 6 und 7 konzentrieren. Die relevanten Enzyme konnten in Vorversuchen für dieses Projekt erstmals nachgewiesen werden. Sie sollen nun im Detail untersucht werden, wobei der Schwerpunkt auf der Substratspezifität liegen wird. Da in den Vorversuchen mehrere Methyltransferasen und Glucosyltransferasen nachgewiesen werden konnten, müssen die Enzyme für diese Studien zunächst gereinigt werden. Nach den biochemischen Untersuchungen sollen die Strukturgene der Enzyme isoliert und charakterisiert werden. Im letzten Teil des Projekts wird die Bildung der UVBlütenmale auf biochemischer und molekularer Ebene mittels der zuvor isolierten Strukturgene und der optimierten Enzymtests im Kombination mit HPLC -Analysen untersucht werden. Dabei soll festgestellt werden, welche Enzyme bzw. Strukturgene für die gewebespezifische Akkumulation der UV-absorbierenden Pigmente verantwortlich sind.

Blütenmale (Honey guides) sind Pigmentierungsmuster, deren physiologische Aufgabe in der Anlockung von Bestäubern und deren Leitung in die inneren Teile der Blüte zu den Sexualorganen besteht. Meist handelt es sich dabei um auffällig gefärbte Flecken, Linien oder Punkte, wie z.B. die schwarz gefärbten Bereiche im Inneren der Mohnblüte oder die Punkte in der Blüte des roten Fingerhuts. Häufig sind jedoch Blütenmale für das menschliche Auge nicht erkennbar, weil sie durch Akkumulation von UV- absorbierenden Verbindungen gebildet werden, die von Bienen - die Ultraviolett wahrnehmen- als Farbmuster erkennbar sind. Rudbeckia hirta, der raue Sonnenhut, ist ein gut untersuchtes Modellsystem für solche UV-honey guides. Die für den Menschen einheitlich gelb gefärbten Blüten weisen unter dem UV-Licht zwei konzentrische Ringe auf, wobei sich die innere Petalenhälfte dunkel vor dem hellen Außenring abzeichnet. Untersuchungen haben gezeigt, daß die äußeren Petalenhälften durch die Anwesenheit von Carotenoiden UV-reflektierend sind, während im Inneren spezielle UV-absorbierende Pigmente, die sogenannten 6-Hydroxyflavonolderivate, für die UV- Absorption verantwortlich sind. Während die Anwesenheit von UV-honey guides in Rudbeckia hirta durch zahlreiche Aufnahmen und spekrometrische Untersuchungen belegt ist, ist ihre Bildung auf biochemischer und molekularer Ebene in diesem Projekt erstmals untersucht werden. Dazu wurde zunächst die Biosynthese der für die UV-Absorption verantwortlichen Pigmente untersucht, wobei 5 bislang unbekannte Enzyme nachgewiesen und im Detail charakterisiert wurden. Auch die für die Bildung dieser Enzyme verantwortlichen Gene, wurden erstmals untersucht. In dem Projekt konnte gezeigt werden, daß die UV-absorbierenden dunklen Teile der Rudbeckia Blüten primär durch die Anwesenheit von nicht methylierten Flavonolen verursacht wird. Es konnte gezeigt werden, daß die äußeren Teile der Blüten eine wesentlich geringere Genexpression und damit verbunden geringere Aktivitäten der Enzyme aufweisen, die für die Bildung der UV-absorbierenden Pigmente verantwortlich sind. Nachfolgende Studien sollen sich mit Veränderungen der Pigmentbildung in Abhängigkeit vom Entwicklungsstadium der Blüte befassen.