Plant acyltransferases catalyze conjugation of many plant secondary metabolites with organic acid residues to alter their function and thereby impact chemotypic and phenotypic outcomes. Studies with Arabidopsis thaliana allowed the identification and functional characterization of some of them. However, the majority of the acyltransferases remains poorly studied and improving this will enhance our understanding of plant metabolic systems. In the first part of this thesis, the BAHD acyltransferase PMAT1 was identified as being able to malonylate a glucosylated version of the brassinosteroid (BR) brassinolide (BL). BRs are steroid hormones that are essential for growth control and stress responses in plants. PMAT1 knock out mutants exposed to BL were unable to form BL-23-O-malonylglucoside (BL-23MalGlc). Overexpression of PMAT1 in a background in which the UDP-glucosyltransferase UGT73C6 is overexpressed, and thus BR-glucoside formation is increased, enhanced the BR-deficient phenotypes of UGT73C6oe plants. In line, BR signaling capacities were decreased by PMAT1 overexpression in an UGT73C6oe background, as evidenced by increased expression of BR biosynthesis genes, which are feedback repressed by BR. In the second part of this thesis, evidence is provided that in addition to BR-glucosides PMAT1 and its closest homologue PMAT2 can also catalyze the malonylation of scopolin, a hydroxy-coumarin that is important for plant defenses. A PMAT1 knock out mutant failed to produce malonylscopolin. Overexpression of PMAT1 and PMAT2 caused hyper-accumulation of malonylscopolin and increased resistance against externally applied scopoletin, the scopolin aglycone. In the third part of this thesis, the acyltransferase BIA1 was characterized, which had previously been implicated in BR homeostasis, since BIA1 overexpression gave strong BR-deficient phenotypes. However, the substrates of BIA1 had remained unknown. It is shown that BIA1 acetylates CS (castasterone) and CS variants using acetyl-CoA as a donor substrate in vitro. Feeding experiment with BIA1 overexpression lines revealed that monoacetylated and diacylated versions of CS were formed in increased amounts in the overexpression lines as compared to wild type. These products were absent in a bia1 knock out mutant confirming that BIA1 is required for CS-acetylation. In summary, this work characterizes the activity of several acyltransferases involved in the catabolism of BRs and shows that additional substrates including scopolin are acceptors. How these multiple enzymatic activities may be coordinated is discussed.     «

Plant acyltransferases catalyze conjugation of many plant secondary metabolites with organic acid residues to alter their function and thereby impact chemotypic and phenotypic outcomes. Studies with Arabidopsis thaliana allowed the identification and functional characterization of some of them. However, the majority of the acyltransferases remains poorly studied and improving this will enhance our understanding of plant metabolic systems. In the first part of this thesis, the BAHD acyltransfera...     »

Pflanzliche Acyltransferasen katalysieren die Modifikation Von Sekundär metaboliten mit Resten organischer Säuren, um so ihre Funktion zu verändern, mit daraus resultierenden chemotypischen und phänotypischen Auswirkungen. Studien mit Arabidopsis thaliana ermöglichten die Identifizierung und funktionale Charakterisierung einiger dieser Enzyme. Jedoch ist die Mehrzahl an der Acyltransferasen noch immer nicht gut erforscht, weshalb Fortschritte auf diesem Gebiet unser Verständnis des pflanzlichen Sekundärmetabolismus erweitern werden. Im ersten Teil dieser Dissertation wird gezeigt, dass die BAHD Acyltransferase PMAT1 die Fähigkeit besitzt, eine glukosilierte Version des Brassinosteroids (BR) Brassinolid (BL) zu malonylieren. BRs sind Steroidhormone, welche essentiell für die Wachstumskontrolle und Stressantwort von Pflanzen sind. PMAT1 knock-out Mutanten, die mit BL behandelt wurden, konnten kein BL-23-O-Malonylglukosid (BL-23MalGlc) mehr bilden. Eine Überexpression von PMAT1 in einer Linie, in der die UDP-Glukosyltransferase UGT73C6 überexprimiert und somit die Bildung von BR-Glukosid erhöht ist, verstärkte den BR-Mangel-Phänotyp von UGT73C6oe Pflanzen. In Übereinstimmung damit war die Kapazität an BR Signalübertragung durch die PMAT1 Überexpression in UGT73C6oe Linien verringert, was sich dadurch äußerte, dass BR Biosynthese-Gene induziert waren, welche durch BR Feedbackregulation unterdrückt werden. Im zweiten Teil der Dissertation werden Ergebnisse vorgestellt welche nahelegen dass PMAT1 und sein nächster Verwandter PMAT2 zusätzlich zu BR-Glukosiden auch Scopolin, ein Hydroxycumarin, welches für Abwehr-Reaktionen von Pflanzen wichtig ist, malonylieren können. Eine PMAT1 knock-out Mutante konnte kein Malonylscopolin mehr produzieren. Überexpression von PMAT1 und PMAT2 verursachte dagegen eine Überakkumulation von Malonylscopolin und erhöhte Resistenz gegenüber extern appliziertem Scopoletin, das Aglykon von Scopolin. Im dritten Teil der Dissertation wurde die Acyltransferase BIA1 charakterisiert, von welcher vermutet wurde, an der BR Homöostase beteiligt zu sein, da BIA1 Überexpression zu starken BR-Mangel Phänotypen führte. Jedoch waren die Substrate von BIA1 bis zur Beginn der Arbeit unbekannt geblieben. Es wird gezeigt, dass BIA1 castasterone (CS) und CS Varianten unter Verwendung von Acetyl-CoA als Donor-Substrat acetyliert. Fütterungsversuche mit BIA1 Überexpressionslinien offenbarten, dass mono- und di-acetylierte Formen von CS in den Überexpressionslinien in verstärktem Maße gebildet wurden. Diese Produkte waren in einer bia1 Knock-out Mutante nicht vorhanden, was bestätigt, dass BIA1 für die CS-Acetylierung benötigt wird. Zusammenfassend charakterisiert diese Arbeit die Aktivität von mehreren Acyltransferasen, welche am Katabolismus von BRs beteiligt sind und zeigt, dass zusätzliche Substrate wie Scopolin Akzeptoren sind. Es wird diskutiert auf welche Weise diese zahlreichen enzymatischen Aktivitäten koordiniert sein könnten.     «

Pflanzliche Acyltransferasen katalysieren die Modifikation Von Sekundär metaboliten mit Resten organischer Säuren, um so ihre Funktion zu verändern, mit daraus resultierenden chemotypischen und phänotypischen Auswirkungen. Studien mit Arabidopsis thaliana ermöglichten die Identifizierung und funktionale Charakterisierung einiger dieser Enzyme. Jedoch ist die Mehrzahl an der Acyltransferasen noch immer nicht gut erforscht, weshalb Fortschritte auf diesem Gebiet unser Verständnis des pflanzlichen...     »