Substratspezifität der Dihydroflavonol 4-Reduktase (DFR) der Erdbeere (Fragaria x ananassa)

Abstract

Die biotechnologische Zuechtung von geänderter Blütenfarbe (z.B. orange petunien, blaue Nelken, blaue Rosen) erfolgt üblicherweise durch eine Änderung des hydroxylierungsmusters im B-Ring von Anthocyanen wobei die Substratsspezifität der Dihydroflavonol 4-reduktase (DFR) ausgenutzt wird. Die DFRist eine Oxidoreduktase, ein Schlüsselenzym der Anthocyanbiosynthese, das die Bildung der unmittelbaren Vorstufen katalysiert. Die molekularen Ursachen für die Substratspezifität sind noch ungeklärt. In dieser Arbeit wurde ein DFR paar aus der Erdbeere, das unterschiedliche Substratakzeptanz aufweist genutzt, um die Ursache für die Substratspezifität zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden daß es drei verschiedene typen von Substratakzeptanz bei der DFR gibt. Durch diese Arbeit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Substratakzeptanz der DFR durch geringfügige Änderungen in den Bereichen AS 131‐134 moduliert werden kann. Aus einem DHK‐spezialisten konnte sowohl eine unspezifische DFR als auch eine DFR erzeugt werden, die gar kein DHK umsetzt. Ebenso konnte eine DFR die gar kein DHK umsetzt, sowohl in eine DHK‐spezifische als auch in eine unspezifische DFR umgewandelt werden.

Biotechnological manipulation of flower colour (e.g. orange petunia, blue carnation, blue rose) usually alters the naturally occurring hydroxylation pattern of anthocyanin pigments by exploiting the substrate specificity of dihydroflavonol 4-reductase (DFR), a key enzyme providing the precursors for anthocyanin formation. However, the molecular background for DFR substrate acceptance still remains a puzzle. This work expand the set of naturally occurring DFRs by introducing the highly selective dihydrokaempferol (DHK) specialists as a novel type in addition to the well-known unspecific allrounders and the DHK rejecters. Using a DFR pair with contrasting substrate acceptance from strawberry (Fragaria sp.) it was shown that the manipulation of three amino acids (aa) in the region aa 131-134 is sufficient to switch between the different DFR types. The results will promote the understanding how the distinct hydroxylation patterns of flavonoids are established in different species or tissues.