Pflanzliche Glycosyltransferasen katalysieren die Übertragung eines aktivierten Zuckermoleküls auf eine Vielzahl verschiedener Verbindungen. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Biosynthese von Sekundärmetaboliten, sind an pflanzlichen Abwehrmechanismen beteiligt und regulieren die Konzentrationen wichtiger Pflanzenhormone. Biotechnologisch können Glycosyltransferasen zur Produktion physiologisch bedeutender Glycoside eingesetzt werden. Die Sequenzierung der Genome von Arabidopsis thaliana und Oryza sativa hat ergeben, dass Pflanzen große Glycosyltransferase-Familien enthalten. Auch in cDNA-Bibliotheken der Erdbeere (Fragaria x ananassa), die sich in den letzten Jahren zu einem Modellorganismus für die Untersuchung der nicht-klimakterischen Fruchtreifung entwickelt hat, wurden verschiedene potentielle Glycosyltransferase-Sequenzen identifiziert. Um deren Funktion aufzuklären, wurden die vollständigen offenen Leserahmen der entsprechenden Enzyme kloniert und heterolog in Escherichia coli exprimiert. Die rekombinanten Proteine sind mit Affinitätschromatographie aufgereinigt und anschließend biochemisch charakterisiert worden. Die Expression der Glycosyltransferasen während der Fruchtreifung und in verschiedenen Geweben wurde mit quantitativer PCR untersucht und mit den Konzentrationen verschiedener Metabolite verglichen. Um die potentielle Funktion der FaGT1 in planta zu bestätigen, wurden durch RNA-Interferenz (RNAi) Früchte mit verringerter FaGT1-Expression generiert und massenspektrometrisch untersucht. FaGT1 bildet in vitro bevorzugt Cyanidin- und Pelargonidin-3-glucosid, die wichtigsten in der Erdbeerfrucht vorkommenden Anthocyane. Die reifekorrelierte Genexpression, die parallel zur Akkumulation der Anthocyane verläuft, deutet auf eine Beteiligung an der Anthocyan-Biosynthese in planta hin. Dies konnte durch RNAi-induzierte Herabregulation der FaGT1 bestätigt werden. Die transfizierten Früchte wiesen zwar nur einen leicht veränderten Phänotyp, aber signifikant reduzierte Anthocyan-Konzentrationen auf. Zusätzlich war auch die Konzentration von Kämpferol-3-glucosid, nicht aber von Quercetin-3-glucosid deutlich erniedrigt. FaGT3 und FaGT4 werden reifekorreliert und fruchtspezifisch exprimiert. Die Genexpression von FaGT4 wird durch das Pflanzenhormon Auxin negativ kontrolliert, während FaGT3 vermutlich durch Verwundung induziert wird. Für die heterolog exprimierten Proteine konnte in vitro keine enzymatische Aktivität nachgewiesen werden. Die phylogenetische Analyse deutet darauf hin, dass Flavonole beziehungsweise Anthocyanidin-3-glucoside Substrate der FaGT3 und FaGT4 sein könnten. FaGT5 wird ebenfalls reifekorreliert exprimiert und durch das Pflanzenhormon Auxin negativ reguliert. Das rekombinante Enzym bildet in vitro Glucose-Ester von Benzoe- und Zimtsäure und deren hydroxylierten Derivaten. FaGT5 könnte auch in planta an der Biosynthese der Hydroxyzimtsäureglucose-Ester beteiligt sein, deren Funktion in der Erdbeerfrucht erst ansatzweise verstanden wird. FaGT6 und FaGT7 sind in vitro multifunktionelle Glycosyltransferasen, die eine breite Substratspezifität aufweisen und eine Vielzahl von Flavonoiden, Hydroxycumarinen und Naphtholen glucosylieren. FaGT7 bildet aus Quercetin zu gleichen Teilen Quercetin-3-glucosid und das bisher nicht in Erdbeerfrüchten nachgewiesene Quercetin-4’-glucosid. FaGT6 katalysiert bevorzugt die Bildung von Quercetin-3-glucosid sowie drei weiterer Monoglucoside und einem Diglucosid und ist das erste biochemisch charakterisierte Enzym, das in grünen und roten Früchten stärker in den Achänen als im Blütenboden exprimiert wird. FaGT7 weist in grünen Achänen ebenfalls eine relativ starke Expression auf. Die Enzyme könnten in planta eine bifunktionelle Rolle übernehmen. Zum einen erscheint eine Beteiligung an der Biosynthese der Flavonolglucoside plausibel, da in grünen Früchten und in Achänen relativ hohe Konzentrationen phenolischer Verbindungen nachgewiesen wurden. Andererseits deuten das breite Substratspektrum und die Induzierbarkeit der Genexpression durch Salicylsäure darauf hin, dass beide Enzyme an der Glucosylierung von Xenobiotika beteiligt sein könnten. Dies wird auch dadurch bekräftigt, dass verschiedene, in die Erdbeerfrucht injizierte, nicht natürliche Substrate in planta glucosyliert werden. Diese Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Funktion von Glycosyltransferasen während der Fruchtreifung der nicht-klimakterischen Erdbeere bei. Die funktionelle Charakterisierung der FaGT1 durch RNAi stellt den ersten Bericht über die Herabregulation einer Anthocyanidin-3-glucosyltransferase dar.      «

Pflanzliche Glycosyltransferasen katalysieren die Übertragung eines aktivierten Zuckermoleküls auf eine Vielzahl verschiedener Verbindungen. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Biosynthese von Sekundärmetaboliten, sind an pflanzlichen Abwehrmechanismen beteiligt und regulieren die Konzentrationen wichtiger Pflanzenhormone. Biotechnologisch können Glycosyltransferasen zur Produktion physiologisch bedeutender Glycoside eingesetzt werden. Die Sequenzierung der Genome von Arabidopsis thali...     »

Plant glycosyltransferases catalyze the transfer of activated sugar molecules to various different compounds. They play a decisive role in the biosynthesis of secondary metabolites, are involved in plant defense mechanisms and regulate the homeostasis of important plant hormones. In biotechnology, glycosyltransferases can be utilized to produce physiologically important glycosides. Sequencing the genomes of Arabidopsis thaliana and Oryza sativa revealed large glycosyltransferase families in plants. In cDNA libraries of strawberry (Fragaria x ananassa), a plant that has emerged as a model for non-climacteric fruit ripening in recent years, several different putative glycosyltransferase sequences were identified. To elucidate their function, the complete open reading frames of the respective enzymes were cloned and heterologously expressed in Escherichia coli. The recombinant proteins were purified by affinity chromatography and characterized biochemically. The spatial and temporal gene expression during fruit ripening was analyzed by quantitative PCR and compared with the concentrations of several relevant metabolites. To confirm the putative function of FaGT1 in planta, fruits with reduced transcript levels of FaGT1 were generated by RNA-interference (RNAi) and analyzed by mass spectrometry. FaGT1 forms preferentially pelargonidin- and cyanidin-3-glucoside, the major anthocyanins of strawberry fruit. The ripening-related gene expression correlates with the accumulation of red pigments indicating an involvement of FaGT1 in anthocyanin biosynthesis. This could be confirmed by RNAi-induced downregulation of FaGT1. The transfected fruits showed only a slightly changed phenotype, but anthocyanin concentrations were considerably reduced. Additionally, the concentration of kaempferol-3-glucoside, but not quercetin-3-glucoside decreased significantly. FaGT3 and FaGT4 are expressed in a ripening-related and fruit-specific way. Gene expression of FaGT4 is negatively regulated by the plant hormone auxin, while FaGT3 is putatively induced by wounding. The heterologously expressed proteins did not show enzymatic activity in vitro. Phylogenetic analysis indicated that flavonols and anthocyanidin-3-glucosides could be substrates for FaGT3 and FaGT4, respectively. FaGT5 is also expressed ripening-related and negatively regulated by auxin. The recombinant enzyme forms in vitro glucose esters of benzoic and cinnamic acid and their hydroxylated derivates. In planta, FaGT5 is putatively involved in the biosynthesis of hydroxycinnamoyl glucose esters, whose function in strawberry fruit is only partially understood. FaGT6 and FaGT7 are multifunctional glycosyltransferases showing a broad substrate specifity in vitro glucosylating numerous flavonoids, hydroxycumarins and naphthols. FaGT7 converts quercetin to equal amounts of quercetin-3-glucoside and quercetin-4’-glucoside. FaGT6 catalyzes the formation of quercetin-3-glucoside and minor amounts of three other monoglucosides and one diglucoside. This is the first biochemically characterized enzyme that shows higher expression in achenes than receptacle of green and red fruits. FaGT7 is also highly expressed in achenes of green fruit. Both enzymes could take over a bifunctional role in planta. On the one hand, a participation in the biosynthesis of flavonol glucosides sounds plausible as green fruits and achenes contain relatively high amounts of phenolic compounds. On the other hand, the broad substrate spectra and the inducibility of gene expression by salicylic acid indicate that both enzymes could be involved in the glucosylation of xenobiotics. This is supported by the fact that several unnatural substrates injected into strawberry fruit are glucosylated in planta. These results contribute to a better understanding of glycosyltransferases and their function during ripening of the non-climacteric strawberry fruit. The functional characterization of FaGT1 by RNAi is the first report on the downregulation of an anthocyanidin-3-glycosyltransferase.      «

Plant glycosyltransferases catalyze the transfer of activated sugar molecules to various different compounds. They play a decisive role in the biosynthesis of secondary metabolites, are involved in plant defense mechanisms and regulate the homeostasis of important plant hormones. In biotechnology, glycosyltransferases can be utilized to produce physiologically important glycosides. Sequencing the genomes of Arabidopsis thaliana and Oryza sativa revealed large glycosyltransferase families in pla...     »