Evolution spezifizierender Proteine der Ordnung Brassicales

Das Glucosinolat-Myrosinase-System ist ein pflanzliches Abwehrsystem der Brassicales. Spezifizierende Proteine sind Teil dieses aktivierten chemischen Abwehrsystems. Bei Gewebeverletzung kommt es zur Hydrolyse der Glucosinolate durch Myrosinasen. Die entstehenden Hydrolyseprodukte lagern sich entweder spontan in toxische, als Abwehrstoffe dienende Isothiocyanate um oder werden durch spezifizierende Proteine in Epithionitrile, einfache Nitrile oder organische Thiocyanate mit weitgehend unbekannter biologischer Funktion umgewandelt. Ziel dieser Arbeit war die Klonierung, Charakterisierung und phylogenetische Analyse spezifizierender Proteine unterschiedlicher Produktspezifität. Durch ein phytochemisches Screening konnten von Isothiocyanaten abweichende Hydrolyseprodukte in 14 Spezies der Brassicaceae sowie in einer Spezies der Tropaeolaceae nachgewiesen werden. Ergänzend zu acht bekannten spezifizierenden Proteinen konnten Full-length cDNAs von drei NSPs, sechs ESPs und zwei TFPs isoliert und die codierten Proteine biochemisch charakterisiert werden. Für die phylogenetischen Analysen standen unter Einbeziehung von drei einer Datenbankrecherche entnommenen und nicht charakterisierten Proteinen 22 Full-length cDNAs und die homologe Sequenz At3g07720 aus A. thaliana zur Verfügung. Die phylogenetischen Stammbäume wurden auf Basis von Nukleotid? und Aminosäuresequenzen mittels verschiedener Verfahren erstellt. Die grundlegend identische Topologie der ermittelten phylogenetischen Stammbäume sowie die Berechnungen von Datenmatritzen für Sequenzdivergenzen und -identitäten als Maß evolutionärer Distanz und die strukturellen Merkmale der spezifizierenden Proteine bestätigen At3g07720 als Vertreter einer Gruppe von Vorläuferproteinen der spezifizierenden Proteine. Ausgehend von At3g07720 und homologen Sequenzen entwickelten sich die NSPs des AtNSP5-Clusters. Eine Aufsplittung dieser NSPs führte zu den NSPs des AtNSP1-Clusters. Eine Duplikation der NSPs des AtNSP1-Clusters führte dann zu den ESPs des ESP/TFP-Clusters. Die Auffächerung der ESPs konnte auf einen Zeitpunkt nach der Auffächerung der Kerngruppe der Brassicaceae in die Abstammungslinien I und II geschätzt und die vorausgehende Genduplikation auf ein Alter von mindestens 35,6 Mill. Jahre datiert werden. Die weitere Evolution ergab eine zweifach unabhängige Entstehung von TFPs ausgehend von ESPs, welche nach der Auffächerung der Kerngruppe der Brassicaceae in die Abstammungslinien stattgefunden haben muss.