PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

In contrast to many other plants where biosynthesis of flavonoids and regulation of the involved genes is well analyzed, only little is known in the cultured apple M. x domestica about this pathway. Although most important intermediates and their structural genes are identified, regulation and the involved transcription factors are almost completely unknown. In this work, four regulators of the flavonoid biosynthesis in M. x domestica were isolated and further analyzed. Two of them were MdMYB9 and MdMYB11, both belonging to the group of MYB transcription factors and showing high similarity to proanthocyanidin-specific regulators from other plants. Both proteins were able to interact with co-factors and showed activation capabilities regarding promoters of putative A. thaliana target gene homologues in vivo. Another analyzed protein was MdMYB10, which showed the highest similarity to known regulators specific for anthocyanin accumulation. MdMYB10 was also able to activate target genes while interacting with co-factors. Additionally, MdMYB10 could induce anthocyanin accumulation in A. thaliana pap1 knock-out mutants. A fourth investigated factor, MdTTG1 belonged to the group of WD-repeat proteins.MdTTG1 showed interaction with bHLH and MYB co-factors, leading to the assumption, that the same MBW complex known from other plants is also present in M. x domestica. Furthermore, in this work could be shown that MdTTG1 was able to functionally complement A. thaliana ttg1 knock-out plants in all known phenotypes. In fruit material of M. x domestica, expression of selected structural genes, acitivity of the encoded enzymes and accumulation of metabolites could be shown to be correlated in two different years. Expression, enzyme activity and metabolite accumulation were found to be highest in early fruit developmental stages while during fruit ripening, measured values for each parameter decreased.

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Im Gegensatz zu zahlreichen Pflanzen ist die Flavonoidbiosynthese und deren Regulation im Kulturapfel Malus x domestica bisher kaum untersucht. Zwar sind die wesentlichen Intermediate und deren zugrunde liegende Strukturgene identifiziert, über den genauen Regulationsprozess und die daran beteiligten Transkriptionsfaktoren ist jedoch wenig bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden vier Regulatoren der Flavonoidbiosynthese in M. x domestica isoliert und genauer charakterisiert. Dazu gehörten mit MdMYB9 und MdMYB11 zwei MYB-Transkriptionsfaktoren, die hohe Ähnlichkeit mit bekannten Proanthocyanidin-Regulatoren aus anderen Pflanzen aufwiesen. Beide Proteine waren in der Lage, mit Kofaktoren zu interagieren und Promotoren von homologen Zielgenen aus A. thaliana in vivo zu aktivieren. Ein weiteres untersuchtes Protein war das ebenfalls zu den MYB-Faktoren gehörende MdMYB10, was die größte Ähnlichkeit zu Transkriptionsfaktoren zeigte, die spezifisch für die Akkumulation von Anthocyanen sind. MdMYB10 zeigte ebenfalls Zielgen-aktivierende Fähigkeiten und interagierte ähnlich wie MdMYB9 und 11 mit Kofaktoren. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass MdMYB10 in A. thaliana pap1 knock-out Mutanten die Akkumulation von Anthocyanen induziert. Der vierte untersuchte Faktor MdTTG1 gehörte zur Gruppe der WD-repeat Proteine. MdTTG1 zeigte Interaktion mit BHLH- und MYB Kofaktoren, was in M. domestica auf den gleichen MBW-Komplex schließen lässt, der schon aus anderen Organismen bekannt ist. Weiterhin wurde gezeigt, dass MdTTG1 A. thaliana ttg1 knock-out Pflanzen in sämtlichen phänotypischen Merkmalen funktionell komplementieren konnte. Ebenfalls konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass in Fruchtmaterial von M. domestica zwischen der Expression von ausgewählten Strukturgenen, der Aktivität der von diesen kodierten Enzymen sowie der Akkumulation von entsprechenden Produkten in zwei verschiedenen Jahren eine Korrelation existiert. Dabei waren Expression, Enzymaktivität und Produktakkumulation in frühen Entwicklungsstadien am höchsten, während im weiteren Verlauf der Fruchtreife die ermittelten Werte deutlich geringer waren.