L-DOPA and Katecholamine in Pflanzen

Catecholamine sind eine Klasse kleiner chemischer Moleküle. Unter ihnen finden sich wichtige tierische Neurotransmitter und Hormone, wie zum Beispiel Dopamin, Norepinephrin (Noradrenalin) und Epinephrin (Adrenalin). Die Produktion und Funktion von Catecholaminen ist bei Tieren gut untersucht, aber sie kommen auch in Pflanzen vor, und hier weiß man sehr wenig über sie. Sie dienen wahrscheinlich als Abwehrstoffe, indem sie andere Pflanzen oder Fressfeinde schädigen, und sie schützen womöglich gegen negative Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel Trockenheit. Es wird auch vermutet, dass sie den Kohlenstoffstoffwechsel der Pflanze beeinflussen, ähnlich der Rolle, die Dopamin im Insulinhaushalt von Tieren spielt. Insgesamt hat man aber sehr wenige gesicherte Kenntnisse über die Funktion von Catecholaminen in Pflanzen. Aus evolutionärer Sicht stellen sich ebenfalls viele Fragen, da Catecholamine höchstwahrscheinlich bei Tieren und Pflanzen unabhängig von einander entstanden sind, und innerhalb des Pflanzenreichs ebenfalls mehrere evolutionäre Ursprünge naheliegen. Gibt es also verschiedene Methoden, um Catecholamine zu produzieren? Sind in unterschiedlichen Organismen ähnliche Enzyme und Gene an der Herstellung von Catecholaminen beteiligt? Haben Catecholamine ähnliche Funktionen in Unterschiedlichen Lebewesen? Da wir nicht wissen, wie Catecholamine in Pflanzen hergestellt werden, können wir über ihre Funktion und Evolution derzeit nur spekulieren. Dieses Projekt zielt deswegen darauf ab die Biosynthese von Catelochaminen in Pflanzen zu beschreiben. Zu diesem Zweck wird die Produktion von Catelochaminen in drei Pflanzen beschrieben werden, die wenigstens zwei unabhängige evolutionäre Urpsprünge repräsentieren: Beta vulgaris (Rote Rüben), Mucuna pruriens (Juckbohne) und Vicia faba (Ackerbohne). Die experimentellen Ansätze, die dazu benutzt werden sollen, beinhalten modernste Sequenzierungsmethoden in Verbindung mit der Messung von Catecholaminkonzentrationen in verschiedenen Pflanzengeweben. Solche Enzyme, die unter Verdacht stehen an der Produktion von Catecholaminen beteiligt zu sein, werden dann biochemisch auf ihre Funktionsweise getestet werden. In transgenen Pflanzen, in denen diese Enzyme abgeschaltet werden, wird dann ihre Rolle im lebendigen Organismus untersucht werden. Diejenigen Enzyme, für die eine Rolle in der Herstellung von Catecholaminen nachgewiesen werden kann, werden dann zwischen den Arten verglichen werden, um ihre evolutionären Beziehungen zu verstehen. Dieses Projekt stellt die erste Beschreibung der Biosynthese von Catecholaminen in Pflanzen dar. Die zwischenartlichen Vergleiche, die diese Arbeit liefern wird, werden als Basis dienen, um die Evolution von Catecholaminen zwischen verschiedenen Pflanzen und zwischen Pflanzen und Tieren besser zu verstehen. Die genetischen Ressourcen, die im Zuge dieser Arbeit entstehen werden, werden eine unverzichtbare Grundlage für weitere Forschung an diesen faszinierenden Molekülen sein.