Olaf Stenzel

Putrescin-N-methyltransferase in Solanum tuberosum L. - ein Enzym der Calysteginbiosynthese

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 08.07.2005

Abstract
Calystegine sind polyhydroxylierte Nortropanalkaloide, die vorwiegend in Solanaceaen und Convolvulaceaen vorkommen. In der Kartoffelpflanze (Solanum tuberosum L.) wurde die höchste Konzentration von Calysteginen in 1-3 mm langen Kartoffelkeimen gemessen. Das erste spezifische Enzym der Tropanalkaloid- und Nicotinbiosynthese ist die Putrescin-N-methyltransferase (PMT). Es wurde postuliert, dass Calystegine auf demselben Biosynthese-weg entstehen.
N-Methylputrescin wurde in Kartoffelaugen, deren Dormanz gebrochen war (1,05 Ámol/g TM) und in Kartoffelkeimen mit einer Länge von 1 mm (0,75 Ámol/g TM) gemessen.
Die Existenz einer PMT in Kartoffel konnte durch PMT-Aktivitätsmessungen in unterschiedlichen Kartoffelgeweben gezeigt werden. In 1 mm langen Kartoffelkeimen wurde eine spezifische Aktivität von 20 pkat/mg Protein gemessen.
cDNA-Klone mit hoher Homologie zu bekannten Putrescin- N -methyltransferasen (PMT, EC 2.1.1.53) und Spermidinsynthasen (SPDS, EC 2.5.1.16) wurden isoliert. Rekombinante PMT- und SPDS-Proteine zeigten spezifische Enzymaktivitäten. Die Enym-charakteristika entsprachen denen bekannter PMT- und SPDS-Proteine.
pmt-Transkript wurde ausschließlich in Kartoffelaugen zu Beginn der Keimung und in 1-3 mm langen Kartoffelkeimen gemessen, während spds-Transkrip in jedem untersuchten Gewebe gefunden wurde.

Calystegines are polyhydroxylated nortropane alkaloids that occur predominantly in Solanaceae and Convolvulaceae. The highest calystegine concentration in potato plant (Solanum tuberosum L.) was detected in 1-3 mm long potato sprouts. Putrescine-N-methyltransferase (PMT) is the first specific enzyme of tropane alkaloid and nicotine biosynthesis. It was postulated that calystegines develop on the same biosynthetic pathway.
N-methylputrescine was detected in potato eyes start sprouting (1,05 Ámol/g dm) and in 1 mm long potato sprouts (0,75 Ámol/g dm).
The existence of PMT in potato plants was shown by pmt activity measurements in different potato plant tissues. A specific PMT activity of 20 pkat/mg protein was detected in 1 mm long potato sprouts.
cDNA clones with high homologies to known putrescine-N-methyltransferases (PMT, EC 2.1.1.53) and spermidine synthases (SPDS, EC 2.5.1.16) were isolated. Recombinant PMT and SPDS proteins show specific enzyme activities. The enzyme characteristics were similar to known PMT and SPDS proteins.
pmt transcript was only detected in potato eyes start sprouting and in 1-3 mm long potato sprouts while spds transcript was found in every investigated tissue.

Keywords:
Kartoffel, Tropanalkaloide, Calysteginbiosynthese, Putrescin-N-methyltransferase, N-methylputrescin, Spermidinsynthase, Polyamine

potato, tropane alkaloids, calystegine biosynthesis, putrescine-N-methyltransferase, N-methylputrescine, spermidine synthase, polyamines

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abbildungsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis, Tabellenverzeichnis, Publikationen und wissenschaftliche Beiträge (1, a-k)
A Einleitung (1-12)
B Materialien und Methoden (13-45)
C Ergebnisse (46-78)
D Diskussion (79-98)
E Zusammenfassung (99-100)
F Literaturverzeichnis (101-116)
G Anhang (I-XVII)