Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie entstehen neue Pflanzeninhaltsstoffe?

31.05.2013
Pflanzen produzieren eine große Vielfalt an giftigen Inhaltsstoffen, von denen einige von nur wenigen oder sogar nur einzelnen Pflanzenarten gebildet werden.

Eine Quelle scheint die Verdopplung vorhandener Gene zu sein, die an die neue Funktion angepasst werden. Dies hat jetzt eine Forschungsgruppe des Botanischen Instituts der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) genau untersucht.


Die farbenprächtige Prunkwinde (Ipomoea purpurea) gehört zur Familie der Windengewächse (Convolvulaceae). Wie es diesen Pflanzen gelingt, sich mittels giftiger Stoffe gegen Fressfeinde zu schützen, haben jetzt eine Kieler Forscherin und ihre Kollegen herausgefunden.
Copyright/Foto: Ober/CAU

Pflanzen produzieren eine große Vielfalt an giftigen Inhaltsstoffen, von denen einige von nur wenigen oder sogar nur einzelnen Pflanzenarten gebildet werden. Diese zum Teil komplexen chemischen Verbindungen wurden in der Evolution als Verteidigung der Pflanze gegen gefräßige Feinde, zum Beispiel Insekten, ausgebildet und in ihrer Wirkung immer weiter optimiert. Hergestellt werden diese Stoffe von Proteinen, die ihre Synthese katalysieren.

Doch woher kommen die Gene, die diese Proteine steuern und die vor allem in nur wenigen Arten aktiv sind? Eine Quelle scheint die Verdopplung vorhandener Gene zu sein, die an die neue Funktion angepasst werden. Dies hat jetzt eine Forschungsgruppe des Botanischen Instituts der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) genau untersucht.

Im April veröffentlichten Dr. Elisabeth Kaltenegger und Professor Dietrich Ober vom Botanischen Institut der CAU sowie Professor Eckart Eich von der Freien Universität Berlin ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift The Plant Cell.

Am Beispiel der Familie der Windengewächse (Convolvulaceae), die zum Teil Alkaloide als Inhaltsstoffe bilden und zu der auch die farbenprächtige Prunkwinde (Ipomoea purpurea) gehört, konnten die Forscherin und die Forscher die Entstehungsgeschichte eines Gens im Detail nachzeichnen. Ausgangspunkt war die Verdoppelung eines Gens des Grundstoffwechsels, das in Eukaryoten (Organismen, deren Zellen durch einen Zellkern charakterisiert sind) für das Überleben der Zelle Voraussetzung ist.

„Unsere Daten zeigen, dass nach dieser Duplikation mehrere alkaloidfreie Arten die Genkopie wieder verloren haben, wobei in manchen Arten funktionslos gewordene Reste der Genkopie noch nachweisbar sind. In wenigen Arten jedoch wurde die Genkopie bis heute unter wechselndem Selektionsdruck erhalten und für die neue Funktion verändert. Direkt nach der Duplikation sorgte ein negativer Selektionsdruck für den Erhalt der ursprünglichen Funktion in beiden Kopien. Dabei erscheinen Protein-Protein-Wechselwirkungen eine wichtige Rolle zu spielen“, beschreibt Kaltenegger ihre vorläufigen Ergebnisse.

Weiter belegen die bisherigen Daten, dass sich die Gene erst deutlich nach der Duplikation hinsichtlich ihrer Funktion veränderten. Ein Prozess, der schließlich unter sogenannter „positiver Selektion“ zur Entstehung eines Enzyms führt. Dieses ist wiederum hinsichtlich seiner katalytischen Eigenschaften für die neue Funktion optimiert. Durch die Kombination statistischer Berechnungen mit daraus resultierenden molekularen Experimenten ist es so gelungen, Aminosäure–Positionen zu identifizieren, die für diese Optimierung verantwortlich waren.

Die Untersuchungen ermöglichen ein detaillierteres Verständnis jener evolutiven Prozesse, die zur Entstehung der enormen Vielfalt an Inhaltsstoffen im Pflanzenreich beigetragen haben. Diese Vielfalt nutzt der Mensch heute, indem viele der pflanzlichen Inhaltsstoffe als Arzneimittel Verwendung finden.

Originalpublikation:
Kaltenegger, E., Eich E., Ober D.: Evolution of homospermidine synthase in the Convolvulaceae. A story of gene duplication, gene loss, and periods of various selection pressures. The Plant Cell. (2013) April 9.

Kontakt:
Dr. Elisabeth Kaltenegger
Prof. Dr. Dietrich Ober
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Botanisches Institut und Botanischer Garten
E-Mail: ElisabethKaltenegger@gmx.at und dober@bot.uni-kiel.de
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Presse, Kommunikation und Marketing, Dr. Boris Pawlowski, Text: Claudia Eulitz
Postanschrift: D-24098 Kiel, Telefon: (0431) 880-2104, Telefax: (0431) 880-1355
E-Mail: presse@uv.uni-kiel.de, Internet: http://www.uni-kiel.de
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de/aktuell/pm/2013/2013-151-pflanzeninhaltsstoffe.shtml

Dr. Boris Pawlowski | Uni Kiel
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie