Cornelia Beckert

• Untersuchungen zur Akkumulation phenolischer Inhaltsstoffe von Equisetum an gametophytischen und unterirdisch wachsenden sporophytischen Geweben vervollständigten den Kenntnisstand der phenolischen Inhaltsstoffe in dieser Gattung. In beiden Geweben konnten – wie in oberirdischen sporophytischen Geweben – Hydroxyzimtsäurederivate nachgewiesen werden. Styrylpyrone und Protoflavonoide ersetzen hier die in oberirdischen sporophytischen Geweben nachgewiesenen Flavonoide. Hydroxyzimtsäurederivate wurden in Prothallien aller untersuchter ArtenUntersuchungen zur Akkumulation phenolischer Inhaltsstoffe von Equisetum an gametophytischen und unterirdisch wachsenden sporophytischen Geweben vervollständigten den Kenntnisstand der phenolischen Inhaltsstoffe in dieser Gattung. In beiden Geweben konnten – wie in oberirdischen sporophytischen Geweben – Hydroxyzimtsäurederivate nachgewiesen werden. Styrylpyrone und Protoflavonoide ersetzen hier die in oberirdischen sporophytischen Geweben nachgewiesenen Flavonoide. Hydroxyzimtsäurederivate wurden in Prothallien aller untersuchter Arten gefunden wohingegen in Rhizomen der jeweiligen Arten einzelne Hydroxyzimtsäurederivate fehlten. Die Inhaltsstoffmuster der Styrylpyrone bei verschiedenen Arten entsprachen sich weitgehend. Die sukzessive Analyse des Übergangsbereiches - unterirdisch wachsendes Rhizom zu oberirdischem Spross - zeigte einen ebenso sukzessiven Wechsel im Akkumulationsmuster. Der Gehalt löslicher Styrylpyrone nahm - von unten nach oben betrachtet - in gleichem Maße ab, wie der Gehalt an Flavonoiden anstieg. In lokal braun pigmentierten Sprossbereichen, die vereinzelt an oberirdisch wachsenden Sporophyten auftraten, wurden neben den in Rhizomen konstitutiv akkumulierten Styrylpyronen auch, offenbar durch Verwundung induziert, Styrylpyrone detektiert. In den grünen, nicht pigmentierten Bereichen dieser Sprosse wurden dagegen ausschließlich Flavonoide und Hydroxyzimtsäurederivate detektiert. Fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen belegten eine vakuoläre Speicherung der löslichen Inhaltsstoffe Styrylpyrone und Hydroxyzimtsäurederivate in Rhizomen und Prothallien. Hydroxyzimtsäurederivate wurden vorwiegend in zentral liegenden Rhizombereichen detektiert, während Styrylpyrone über den gesamten Rhizomquerschnitt verteilt sichtbar gemacht werden konnten. Folgende Styrylpyrone wurden aus Rhizomen von E. arvense isoliert und mit Hilfe spektroskopischer Methoden in ihrer Struktur aufgeklärt: 3,4-Dihydroxy-6-(4´-hydroxy-E-styryl)-2-pyron-3-O-ß-D-glucopyranosid und 3,4-Dihydroxy-6-(3´-hydroxy-4´methoxy-E-styryl)-2-pyron-3-O-ß-glucopyranosid. Untersuchungen zur Biosynthese von Styrylpyronen zeigten eine enzymkatalysierte Bildung von Hispidin und Bisnoryangonin in Gametophyten verschiedener Equisetum-Arten sowie in Rhizomen und fertilen Sporophyten von E. arvense. Ebenso gelang der Nachweis der enzymatischen Glycosilierung von 3-Hydroxyhispidin zu Equisetumpyron in Gametophyten von E. arvense. Eine Styrylpyronsynthase wurde charakterisiert: Das pH-Optimum für die Bildung von Bisnoryangonin lag bei pH 7,5-7,8 und für die Bildung von Hispidin bei 6,8-7,0, jeweils in 0,5 M KPi-Puffer. Das Temperaturoptimum für die Bildung von Bisnoryangonin betrug 30° C bzw. 37°C für die Bildung von Hispidin. Die Substanzen Natriumascorbat in einer Konzentration von 20 mM, BSA (0,1 % w/V), Dithiothreitol (2,5 mM) bzw. Mercaptoethanol (7 mM) konnten die Enzymaktivität deutlich steigern. Die KmWerte wurden für die Substrate Kaffeoyl-CoA und Malonyl-CoA bei 116 µM bzw. 141 µM ermittelt. Für die Substrate p-Cumaroyl-CoA und Malonyl-CoA lagen die KmWerte bei 182 µM bzw. 238 µM. Das relative Molekulargewicht des nativen Enzyms wurde mittels Gelfiltration mit 78-80 kD bestimmt. Im Rahmen der Proteinreinigung wurde eine auf chromatographischen Techniken basierende Methode entwickelt, mit der die Styrylpyronsynthase mit einem Anreicherungsfaktor von 1107 bei einer Ausbeute von 0,08 % gereinigt werden konnte.…
• Investigations to the accumulation of phenolic compounds in gametophytic and underground sporophytic tissues of Equisetum completed the data of phenolic compounds in Equisetum. Hydroxycinnamic acids were detected both in underground sporophytic and gametophytic tissues as found before in aboveground sporophytic tissues. In rhizomes styrylpyrones and protoflavonoides replaced flavonoids, detectable in aboveground sporophytic parts. Hydroxycinnamic acids were found in gametophytes of all examined species. The intermediate segments betweenInvestigations to the accumulation of phenolic compounds in gametophytic and underground sporophytic tissues of Equisetum completed the data of phenolic compounds in Equisetum. Hydroxycinnamic acids were detected both in underground sporophytic and gametophytic tissues as found before in aboveground sporophytic tissues. In rhizomes styrylpyrones and protoflavonoides replaced flavonoids, detectable in aboveground sporophytic parts. Hydroxycinnamic acids were found in gametophytes of all examined species. The intermediate segments between underground rhizome and aboveground parts showed a gradual change in the accumulation of phenolics. Looking from the rhizome to the aboveground parts, the content of soluble styrylpyrones decreased in the same degree as the flavonoid content increased. However, hydroxycinnamic acids were detected in all examined parts with approximately equal contents. Styrylpyrones were also detected in brown pigmented spots of barren sprouts, which occurred occasionally at aboveground sporophytes. These styrylpyrones were probably induced due to wounding. In the green, not pigmented areas of these sprouts however, only flavonoids and hydroxycinnamic acids were found. The results suggested a contribution of styrylpyrones to non-specific constitutive and inducible defence mechanisms against microorganisms. Fluorescent microscopic examinations proved the vacuol storage of soluble styrylpyrones and hydroxycinnamic acids in rhizomes and gametophytes. The isolation of styrylpyrones from rhizomes of E. arvense revealed the following new structures confirmed by spectroscopic methods: 3,4-dihydroxy-6-(4´-hydroxy-E-styryl)-2-pyron-3-O-b-D-glucopyranosid, 3,4-dihydroxy-6-(3´-hydroxy-4´methoxy-E-styryl)-2-pyron-3-O-b-glucopyranosid. Investigations on the biosynthesis of styrylpyrones proved an enzyme-catalyzed formation of hispidin and bisnoryangonin from malonyl-CoA and hydroxycinnamoyl-CoA precursors in gametophytes of different Equisetum species as well as in rhizomes and fertile sporophytes of E. arvense. Additionally the enzymatic glycosilisation of 3-hydroxyhispidin to equisetumpyrone at gametophytes of E. arvense could be proved. Styrylpyronesynthase was detected in cell free extracts from gametophytes of Equisetum arvense. The enzyme activity was characterized in partially purified protein extracts: p-Coumaroyl-CoA was accepted as substrate at pH 6.0-9.0 in various buffer systems with the formation of bisnoryangonin (optimum enzyme activity in potassium phosphate buffer at pH 7.5-7.8, temperature optimum 37° C). Caffeoyl-CoA was accepted as substrate only in potassium phosphate buffer at pH 6.0-7.5 with formation of Hispidin (optimum enzyme activity at pH 6.8-7.0, temperature optimum 30° C). The substances sodiumascorbate at a concentration of 20 mM, bovine serum albumin (0.1 % w/V), dithiothreitol (2.5 mM) and mercaptoethanol (7 mM) increased the enzyme activity markable. The apparent Km values for the substrates caffeoyl-CoA and malonyl-CoA of 116 µM res. 141 µM were calculated, whereas for the substrates p-cumaroyl-CoA and Malonyl-CoA Km-values of 182 µM res. 238 µM were determined. The relative molecular weight of the native enzyme was determined at 78-80 kD by gel filtration methods. Using a developed protein purification method based on chromatographic techniques the styrylpyronsynthase was purified with an enrichment factor of 1107 and a yield of 0.08%.…