@phdthesis{Guhling2006,
  author    = {Guhling, Ortwin},
  title     = {Biosynthese kutikul{\"a}rer Triterpenoide : Klonierung und Charakterisierung von Epoxysqualenzyklasen aus Ricinus communis und Lycopersicon esculentum},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21796},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Triterpene finden sich in großer struktureller Vielfalt als Sekund{\"a}rmetabolite in Form von glycosylierten Verbindungen, aber auch als Aglykone, in zahlreichen Pflanzen. In einigen Arten akkumulieren Triterpene in großen Mengen als kutikul{\"a}re Wachsbestandteile im prim{\"a}ren Abschlussgewebe und beeinflussen auf diese Weise die Grenzfl{\"a}cheneigenschaften der oberirdischen Pflanzenorgane. In der vorliegenden Arbeit wurde die kutikulaspezifische Biosynthese von Triterpenen durch die Kombination molekulargenetischer und analytischer Methoden exemplarisch an Ricinus communis eingehend untersucht. Die Rizinus-Pflanze tritt in zwei Sprossachsenph{\"a}notypen in Erscheinung: Der Glossy-Ph{\"a}notyp ist frei von epikutikul{\"a}ren Wachskristallen, wohingegen die Sprossachsen von Individuen des Glaucous-Ph{\"a}notyps von fadenf{\"o}rmigen epikutikul{\"a}ren Wachskristallen bedeckt sind. Eine vergleichende chemische Analyse zeigte, dass 67 Tage alte Hypokotyle der Individuen des Glossy-Ph{\"a}notyps mit etwa 12,5 µg/cm^2 kutikul{\"a}rem Wachs bedeckt sind, die Zusammensetzung des kutikul{\"a}ren Wachsgemisches wird von VLC-aliphatischen Verbindungen dominiert. Hypokotyle der Individuen vom Glaucous-Ph{\"a}notyp weisen mit 51,9 µg/cm^2 dagegen eine weit h{\"o}here Wachsbelegung auf, wobei das Wachsgemisch von Triterpen-Verbindungen, vor allem durch die Hauptkomponente Lupeol mit 56\% der Gesamtwachsmenge dominiert wird. Um die Akkumulation von Lupeol im Laufe der fr{\"u}hen Sprossachsenentwicklung des Glaucous-Ph{\"a}notyps zu dokumentieren, wurden entsprechende wachsanalytische Beprobungen an Hypokotylen durchgef{\"u}hrt. Es zeigte sich, dass Lupeol bereits in einer fr{\"u}hen Entwicklungsphase mit hohen Raten in die Kutikula eingelagert wird: zwischen Tag 6 und Tag 25 nach der Keimung der Pflanzen nimmt die Lupeolwachsbelegung mit einer Rate von 1,2 µg cm^2 und Tag zu; dies entspricht einer t{\"a}glichen Lupeol-Zunahme von 0,013 ng/Zelle zwischen Tag 11 und Tag 18. Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen belegten, dass die Lupeolakkumulation von einer starken Zunahme der fadenf{\"o}rmigen Wachskristalle in der fr{\"u}hen Hypokotylentwicklung begleitet wird. Vor dem Hintergrund der wachsanalytischen und mikromorphologischen Daten war es von zentraler Bedeutung, die f{\"u}r die Biosynthese des kutikul{\"a}ren Lupeols verantwortliche Triterpensynthase zu klonieren. Mit Hilfe des entwickelten Primerdesigns zur homologiebasierten Klonierung pflanzlicher 2,3-Oxidosqualenzyklasen wurden zwei Epoxysqualenzyklasen aus Ricinus communis kloniert und durch heterologe Expression in der Lanosterolsynthase-defizienten Hefemutante GIL 77 jeweils als Cycloartenolsynthase (RcCAS1) und monofunktionale Lupeolsynthase (RcLUS1) charakterisiert. Die auf den Glaucous-Ph{\"a}notyp beschr{\"a}nkte sprossachsenspezifische Expression und die hohe Expressionsrate von RcLUS1 in der fr{\"u}hen Entwicklungsphase mit einem Peak an Tag 12 nach der Keimung stimmte exakt mit der zeitlichen Akkumulation von Lupeol in der Sprossachsenkutikula bei Individuen des Glaucous-Ph{\"a}notyps {\"u}berein. Damit handelt es sich bei RcLUS1 um die erste charakterisierte Triterpensynthase, die f{\"u}r die Bildung kutikul{\"a}rer Triterpene verantwortlich gemacht werden kann. Die Untersuchungen an R. communis zeigen, dass die Biosynthese von kutikul{\"a}ren Triterpenen {\"u}ber die enzymatisch gesteuerte Zyklisierung von 2,3-Oxidosqualen bewerkstelligt wird. Offensichtlich spielt eine Transkriptionsregulation auf der Ebene der jeweiligen Triterpensynthase dabei eine zentrale Rolle. Phylogenetische Vergleiche zeigten, dass RcLUS1 nur relativ geringe Sequenz{\"a}hnlichkeiten zu den bisher charakterisierten Lupeolsynthasen aufzeigt und somit als Vertreter einer bisher nicht beschriebenen Klasse pflanzlicher Triterpensynthasen angesprochen werden muss. Durch gerichtete Mutagenisierung wurde die RcLUS1-Mutante F257W hergestellt und funktionell charakterisiert. Das Produktspektrum der mutagenisierten Lupeolsynthase verschob sich von Lupeol nach \&\#946;-Amyrin und best{\"a}tigte damit die Bedeutung des dem Phenylalanin in Amyrinsynthasen korrespondierenden Tryptophans f{\"u}r die katalytische Funktionalit{\"a}t dieser Enzyme. Mit der Klonierung der Triterpensynthasen LeTTS1 und LeTTS2 aus Lycopersicon esculentum wurde der erste wichtige Schritt f{\"u}r ein tieferes Verst{\"a}ndnis der Biosynthese kutikul{\"a}rer Triterpene in dieser Pflanze getan. LeTTS1 konnte als \&\#946;-Amyrinsynthase charakterisiert werden. Im Gegensatz zur Stammkutikula des Glaucous-Ph{\"a}notyps von Ricinus communis werden in die Fruchtkutikula von Tomate nicht nur ein, sondern mit \&\#945;-, \&\#946;- und \&\#948;-Amyrin gleich drei Triterpene in gr{\"o}ßeren Mengen eingelagert. Der Nachweis einer tats{\"a}chlichen Relevanz der klonierten OSCs f{\"u}r die Biosynthese dieser kutikul{\"a}ren Triterpene muss durch Untersuchungen zur Expression dieser Gene erbracht werden.},
  subject      = {Rizinus},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Arand2010,
  author    = {Arand, Katja},
  title     = {Charakterisierung hydrophiler Permeationswege in der pflanzlichen Kutikula anhand der Permeationseigenschaften ionischer Aminos{\"a}uren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-49954},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Um sich vor dem Austrocknen zu sch{\"u}tzen, haben Pflanzen eine Transpirationsbarriere entwickelt, die als Membran alle prim{\"a}ren, oberirdischen Pflanzenteile {\"u}berzieht. Diese so genannte Kutikula besteht haupts{\"a}chlich aus den lipophilen Komponenten Kutin und Wachs und reduziert so effektiv den Verlust von Wasser und wasserl{\"o}slichen N{\"a}hrstoffen aus dem Blattinneren. Trotzdem ist sie nicht vollst{\"a}ndig undurchl{\"a}ssig, und so k{\"o}nnen Wasser und gel{\"o}ste Substanzen wie organische und anorganische N{\"a}hrstoffe, Pestizide oder Umweltchemikalien die Kutikula in beiden Richtungen permeieren. Dabei ist offensichtlich, dass die zu Grunde liegenden Transportmechanismen den Ern{\"a}hrungszustand der Pflanzen, die Effizienz von Pestiziden und die Wirkung von Umweltchemikalien beeinflussen. Ein genaues Verst{\"a}ndnis der Transportprozesse auf denen die kutikul{\"a}re Permeation basiert, kann helfen die Wirkweise von blattapplizierten D{\"u}nge- und Pflanzenschutzmitteln zu optimieren, indem gezielt Wirk- oder Zusatzstoffe modelliert werden k{\"o}nnen, welche die Aufnahme steigern. In der vorliegenden Arbeit sollte deshalb der Einfluss physiko-chemischer Eigenschaften von hydrophilen Verbindungen auf die kutikul{\"a}re Permeation untersucht werden. Nicht zuletzt wegen ihrer strukturellen {\"A}hnlichkeit mit den blattapplizierten Herbiziden Glufosinat und Glyphosat wurden Aminos{\"a}uren als Modellsubstenzen ausgew{\"a}hlt. Die verwendeten Aminos{\"a}uren sind gut wasserl{\"o}slich, wobei alle Oktanol/Wasser Verteilungskoeffizienten kleiner als 1 sind. Zus{\"a}tzlich liegen alle Aminos{\"a}uren in gel{\"o}ster Form als Ionen vor, was zu einer Hydratisierung der Molek{\"u}le f{\"u}hrt. Es wird spekuliert, dass hydratisierte Molek{\"u}le keinen Zugang zur lipophilen Phase der Kutikula haben. Welche Rolle die Hydrath{\"u}lle bei der Permeation tats{\"a}chlich spielt, ist allerdings noch unklar. Viele Aktivwirkstoffe liegen nur unter ganz bestimmten Bedingungen in geladener Form vor, w{\"a}hrend die Richtung der kontinuierlichen Nettoladung der Aminos{\"a}uren durch den pH Wert modifiziert wird. Damit kann der Einfluss verschiedener Ladungszust{\"a}nde auf die kutikul{\"a}re Permeation unter Verwendung eines einheitlichen Sets von Modellsubstanzen untersucht werden. Unter nat{\"u}rlichen Bedingungen sind Aminos{\"a}uren unter anderem auf Blattoberfl{\"a}chen zu finden, wo sie blattassoziierten Mikroorganismen eine profitable Nahrungsquelle bieten. Ob {\"a}ußere Faktoren f{\"u}r die Deposition dieser Recourcen verantwortlich sind, oder ob der Ursprung innerhalb des Blattgewebes liegt, wird kontrovers diskutiert. Die Sorption von Aminos{\"a}uren in isolierte Kutikularmembranen ist sehr gering, und korreliert - anders als bei lipophilen Substanzen - nicht mit dem Oktanol/Wasser Verteilungskoeffizienten. Das zeigt, dass der Verteilung von lipophilen und hydrophilen Substanzen innerhalb der Kutikula verschiedene Mechanismen zu Grunde liegen. Unter einer gegebenen Bedingung werden die kutikul{\"a}ren Leitwerte der Aminos{\"a}uren negativ vom Molvolumen beeinflusst. Zudem {\"u}bersteigt die L{\"a}nge des Permeationswegs die eigentliche Dicke der Membran um ein Vielfaches. Diese Zusammenh{\"a}nge kennzeichnen eine gehinderte Diffusion innerhalb einer engporigen und weit verzweigten Umgebung. Eine {\"A}nderung des pH Wertes wirkt sich in unterschiedlicher Form auf die Leitwerte von Wasser und Aminos{\"a}uren aus. Mit steigendem pH Wert erh{\"o}ht sich die Wasserpermeabilit{\"a}t isolierter Kutikularmembranen, was durch eine zunehmende, messbare Wassersorption in die Kutikula erkl{\"a}rt werden kann. Eine pH abh{\"a}ngige Dissoziation funktioneller Gruppen bewirkt eine Schwellung des polaren Weges, weshalb auch f{\"u}r die anionischen Aminos{\"a}uren bei pH 11 die h{\"o}chsten Leitwerte gemessen wurden. Die zwitterionischen Aminos{\"a}uren bei pH 6 wiesen hingegen die geringsten Leitwerte auf, was im Widerspruch zu der Beobachtung steht, dass bei pH 1 die geringste Wassersorption in die Kutikula stattfindet. Eine Erkl{\"a}rung hierf{\"u}r liefern die Hydrath{\"u}llen, die bei den zwitterionischen Aminos{\"a}uren am st{\"a}rksten und bei den anionischen Species am geringsten ausgepr{\"a}gt sind. Eine negative Korrelation aller gemessenen Aminos{\"a}ureleitwerte mit den entsprechenden hydratisierten Molvolumen zeigt eindeutig, dass die Hydrath{\"u}lle eine wichtige Gr{\"o}ße f{\"u}r die Permeation durch die Kutikula darstellt. Dabei nimmt der Leitwert einer hydrophilen Substanz mit definiertem Molvolumen mit kleiner werdender Hydrath{\"u}lle zu. Intakte Bl{\"a}tter wurden in fl{\"u}ssiges Wasser als Rezeptorl{\"o}sung getaucht, um steady-state Bedingungen aufrecht zu erhalten. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Permeabilit{\"a}ten von intakten Kutikularmembranen, die anhand der nat{\"u}rlichen Aminos{\"a}urekonzentration innerhalb der Bl{\"a}tter bestimmt wurden, in derselben Gr{\"o}ßenordnung liegen, wie die f{\"u}r isolierte Membranen gemessenen. Außerdem konnte ein Vergleich der Flussraten auf der Ober- und Unterseite der Bl{\"a}tter zeigen, dass die stomat{\"a}ren Poren nicht direkt in den Leachingprozess involviert sind.},
  subject      = {Permeation},
  language  = {de}
}