In dieser Arbeit wurde die Evolution der Benzoxazinoid - Biosynthese in der Familie der Gräser untersucht. Durch einen groß angelegten Screen verschiedener Kultivar-, Wild- und Unkraut - Reisarten konnte das Vorkommen von Benzoxazinoiden in der Gattung Oryza weitgehend ausgeschlossen werden. Ein quantitativer Vergleich zwischen DIBOA- (2,4-Dihydroxy-2H-1,4-Benzoxazin-3(4H)-one) Gehalt und Gramin - Gehalt verschiedener Hordeum - Arten zeigte, daß sie in ähnlichen Mengen in den Keimlingen verschiedener Arten vorkommen, wobei sie sich gegenseitig ausschließen. Das Benzoxazinoid DIBOA und das Indolalkaloid Gramin übernehmen wahrscheinlich ähnliche Funktionen in der generellen Abwehr. Aus einer keimlingsspezifischen cDNA-Bank aus der Benzoxazinoid - haltigen Wildgerste H. lechleri wurden vier Cytochrom P450-Gene, HlBx2 – HlBx5, isoliert. Die Sequenzanalyse dieser Klone ergab einen hohen Grad von Homologie zu den an der DIMBOA- (2,4-Dihydroxy-7-Methoxy-2H-1,4-Benzoxazin-3(4H)-one) Biosynthese beteiligten P450-Genen Bx2 - Bx5 aus Zea mays. Durch heterologe Expression im Hefesystem konnten die Funktionen von HlBX2, HlBX4 und HlBX5 verifiziert werden. Diese Enzyme sind zu den entsprechenden BX - Enzymen aus Mais ortholog. Die Ergebnisse deuten auf einen monophyletischen Ursprung der Benzoxazinoide innerhalb der Gräser hin, wobei Genduplikationsereignisse eine entscheidende Rolle gespielt haben müssen. Da Benzoxazinoide in verschiedenen Subfamilien der Gräser auftauchen, muß die Entwicklung der Benzoxazinoid - Biosynthese in einem gemeinsamen Vorläufer erfolgt sein. Das Auftreten Benzoxazinoid - freier Gräser erklärte sich dann über den sekundären Verlust dieses Stoffwechselweges. Dieser geht in Benzoxazinoid - freien Arten der Gattung Hordeum mit dem Verlust aller an der Biosynthese beteiligten P450 - Gene einher. Die Analyse der Genome Benzoxazinoid - haltiger und Benzoxazinoid - freier Arten dieser Gattung mittels Southern Blots zeigt, daß HlBx2-HlBx5-homologe Gene in den DIBOA-produzierenden Wildgersten H. brachyantherum, H. flexuosum, H. lechleri und H. roshevitzii vorkommen, während sie in den Benzoxazinoid - freien Arten H. spontaneum sowie H. vulgare vollständig fehlen. Inhibierungsversuche an Maiskeimlingen mit dem Hemmstoff Prohexadion zeigen, daß BX6, ein noch unidentifiziertes Enzym der DIMBOA-Biosynthese in Zea mays, verantwortlich für die Hydroxylierungsreaktion an C-7, eine Dioxygenase sein muß.     «

In dieser Arbeit wurde die Evolution der Benzoxazinoid - Biosynthese in der Familie der Gräser untersucht. Durch einen groß angelegten Screen verschiedener Kultivar-, Wild- und Unkraut - Reisarten konnte das Vorkommen von Benzoxazinoiden in der Gattung Oryza weitgehend ausgeschlossen werden. Ein quantitativer Vergleich zwischen DIBOA- (2,4-Dihydroxy-2H-1,4-Benzoxazin-3(4H)-one) Gehalt und Gramin - Gehalt verschiedener Hordeum - Arten zeigte, daß sie in ähnlichen Mengen in den Keimlingen verschie...     »

Main topic of this thesis is the evolution of the Benzoxazinoid-biosynthesis in the family of the grasses. A screen for benzoxazinoids in different cultivar- wild- and weed-rice species gives no evidence for the occurrence of these substances in the genus Oryza. A quantitative comparison between the contents of the benzoxazinoid DIBOA (2,4-Dihydroxy-2H-1,4-Benzoxazin-3(4H)-one) and the indolealkaloid gramine in different species shows that seedlings of different species produce either DIBOA or gramine in similar amounts. DIBOA and gramine probably share a similar function in the general defence. Four cytochrome P450-genes, HlBx2-HlBx5, were isolated from a seedling-specific cDNA-library of the wild barley Hordeum lechleri. They share a high degree of homology to the P450-genes Bx2-Bx5 from Zea mays which particitate in the biosynthesis of the benzoxazinoid DIMBOA (2,4-Dihydroxy-7-Methoxy-2H-1,4-Benzoxazin-3(4H)-one). The functions of HlBX2, HlBX4 and HlBX5 were elucidated by the heterologous expression in yeast. These genes are orthologes to the equivalent genes from maize. These results implicate a monophyletic origin of the benzoxazinoids in the grasses at which gene duplications played an important role. The occurrence of benzoxazinoids in different grass subfamilies indicate the development of the benzoxazinoid biosynthesis in a common ancestor. Species lacking these substances could be the result of a secondary loss of all the respective P450-genes. The genomes isolated from different barley species were analyzed by Southern blots. Genes homologous to HlBx2-HlBx5 were found in DIBOA containing species, e.g. H. brachyantherum, H. flexuosum, H. lechleri and H. roshevitzii. However these genes couldn´t be found in the DIBOA lacking species H. spontaneum and H. vulgare. The treatment of young maize seedlings with prohexadione indicate that BX6, a putative enzyme of the DIMBOA-biosynthesis pathway in maize, responsible for the hydroxylation reaction at C-7, is a dioxygenase.     «

Main topic of this thesis is the evolution of the Benzoxazinoid-biosynthesis in the family of the grasses. A screen for benzoxazinoids in different cultivar- wild- and weed-rice species gives no evidence for the occurrence of these substances in the genus Oryza. A quantitative comparison between the contents of the benzoxazinoid DIBOA (2,4-Dihydroxy-2H-1,4-Benzoxazin-3(4H)-one) and the indolealkaloid gramine in different species shows that seedlings of different species produce either DIBOA or g...     »