Phenylpropanstoffwechsel

Biosynthese und Funktion pollenspezifischer Phenolamide und Flavonolglycoside

**Abb. 1:** Querschnitt durch eine Arabidopsis-Anthere. Dargestellt ist die Tapetum-spezifische Expression der Glucosyltransferase UGT79B6 (grüne Fluoreszenz), mittels der Fusion des UGT79B6-Promotors an GFP und dessen immunologischer Nachweis mit einem anti-GFP Antikörper, visualisiert durch einen sekundären, an Alexa Fluor 488 gekoppelten Antikörper.

Arabidopsis Pollen akkumuliert, wie der Pollen vieler anderer Pflanzen auch, zwei Gruppen von Phenylpropanen: Pollen-spezifische Flavonoldiglycoside (Sophoroside) und Trishydroxyzimtsäure-Spermidinkonjugate (Phenolamide). Neben der strukturellen Identifizierung dieser Pollen-spezifischen Konjugate, der sub-zellulären Lokalisation der beteiligten, Tapetum-spezifischen Enzyme (Abbildung 1), und der Ermittlung der Biosynthesewege gilt unser Augenmerk zurzeit dem Transport dieser Substanzen auf die Pollenoberfläche. Aus den veränderten Phenylpropanmustern der Pollenoberfläche in einzelnen Arabidopsis-Mutanten gegenüber dem Wildtyp lassen sich dann Rückschlüsse auf einen möglichen Transport der Phenolamide und Flavonoide ziehen. Obwohl beide Substanzklassen auf den Pollen fast aller Angiospermen vorkommen, gestaltet sich die Suche nach einer oder mehrerer Funktionen weiter schwierig. Von UV-Schutz und der gezielten Abwehr pollen-pathogener Mikroorganismen, bis hin zur Erhöhung struktureller Resistenz der Pollenwand und Vitalität des keimenden Pollens werden zahlreiche Szenarien überprüft.

Biosynthese des Piperins im schwarzen Pfeffer (Piper nigrum)

Im Rahmen dieses Projektes wird die Biosynthese des Piperins und Piperamiden in Früchten des kommerziell genutzten Schwarzen Pfeffers (Piper nigrum) untersucht. Piperamide sind charakteristische Hydroxyzimtsäureamide, die auch zur Klasse der Piperidinalkaloide gezählt werden, die maßgeblich für den scharfen Geschmack dieses Gewürzes verantwortlich sind. Die Kombination klassischer organischer Synthese und Enzymologie mit modernen molekularen Methoden der RNA-Sequenzierung, soll die bislang noch weitgehend unbekannte Synthese der beiden Bestandteile des Piperins, zum einen der Piperinsäure, und zum anderen die des Piperidins auf molekularer Ebene klären. Von primärem Interesse sind dabei zurzeit eine Piperin Synthase, die die Amidbildung katalysiert, zum anderen die Ausbildung der für Piperin charakteristischen Methylendioxygruppe am Aromaten (Abbildung 2). Basierend auf dem Vergleich der RNA-Seq Profile von Früchten, Blättern und Wurzeln, die wenig oder kein Piperin enthalten, wurden erste Transkripte erhalten, die zurzeit analysiert werden. Im Vordergrund der Untersuchungen steht zwar der aromatische Teil des Piperin-Moleküls, daneben konnten aber auch bereits erste Transkripte identifiziert werden, die für die Synthese des Piperidin-Heterozyklus verantwortlich sind, der auch in verwandten Alkaloiden, wie Coniin und Lobelin auftaucht.