Establishing transformation methods in Utricularia gibba to investigate its potential as a biotechnological production system by examining trap specific secretion mechanisms : Masterarbeit
Plants harbour many benefits for humankind. Apart from their use in agriculture or forestry, they are important resources for pharmaceuticals. Moreover, they are applied as biotechnological production systems e.g. antibody production in duckweed (Lemna sp.). Within the plant kingdome, carnivorous plants are contributing to a wide spectrum of diversity. This potential might be used biotechnologically. Such could the traps of bladderworts - Utricularia - be repurposed to enrich biotechnological products. The traps of these plants are bladder shaped and suck in their prey. While the trap is ’reloading’ it pumps water and ions out. Due to this attributes it can be a good place for the accumulation of product. Thus, downstream processing could become cheaper. This new idea shall be investigated with the humped bladderwort - Utricularia gibba. First experiments will focus on the secretion of a foreign protein by using a known promoter active in the glandular cells inside the traps. Therefore, in this thesis potential signal peptides naturally occuring in U. gibba were discovered with the help of bioinformatics. Publicly available RNA-sequencing data sets were used and the tool DeepLoc-2.0, which employs artificial intelligence. Successive investigations need to integrate according genes into the plant to gain knowledge about the function of these candidates. Establishing gene transfer methods further facilitates experiments concerning the potential of Utricularia as a biological production system. For this reason, a big part of this thesis is engaged with the genetic transformation of these plants. Particularly, the important Agrobacterium mediated gene transfer methods are crucial for plants and are used in the case of Utricularia. Besides, it was observed that the traps of U. gibba are turning red under nitrogen deficiency. These findings can lead the path to the discovery of a new controllable promoter which could facilitate the targeted regulation of a biotechnological production in the traps.
Pflanzen beherbergen viele Vorteile für die Menschheit. Abgesehen von der Land- und Forstwirtschaft sind sie wichtige Ressourcen für Arzneimittel. Zudem finden sie auch Anwendung als biotechnologisches Produktionssystem z.B. Antikörperproduktion in Wasserlinsen (Lemna sp.). Innerhalb des Pflanzenreiches tragen karnivore Pflanzen zu einem weiten Spektrum an Diversität bei. Dieses Potential dürfte biotechnologisch nutzbar sein. So könnten die Fallen der Wasserschläuche - Utricularia - dazu umfunktioniert werden, biotechnologische Produkte anzureichern. Die Fallen dieser Pflanzen sind blasenförmig und saugen ihre Beute ein. Während die Falle ’nachlädt’, werden Wasser und Ionen herausgepumpt. Aufgrund dieser Eigenschaften kann sie ein guter Ort für die Produktakkumulation sein. Infolgedessen könnte die Produktaufreinigung günstiger werden. Die neuartige Idee soll mit dem Zwerg-Wasserschlauch - Utricularia gibba - untersucht werden. Erste Experimente werden sich auf die Sekretion eines Fremdgens fokussieren, indem ein bekannter Promotor verwendet wird, welcher in den Drüsenzellen im Inneren der Fallen aktiv ist. Dafür wurden in dieser Arbeit potentielle, in U. gibba natürlich vorkommende, Signalpeptide mit Hilfe der Bioinformatik entdeckt. Öffentlich verfügbare RNA-Sequenzierungsdatensätze wurden genutzt und das Programm DeepLoc-2.0, welches künstliche Intelligenz einsetzt. Folgende Untersuchungen benötigen die Integrierung entsprechender Gene in die Pflanze, um die Funktion dieser Kandidaten zu ermitteln. Die Etablierung von Gentransformationstechniken ermöglicht weitere Experimente bezüglich der Eignung von Utricularia als biotechnologisches Produktionssystem. Aus diesem Grund beschäftigt sich ein Großteil der Arbeit mit der genetischen Transformation von diesen Pflanzen. Insbesondere die wichtigen Agrobacterium gestützten Gentransfer Methoden sind von besonderer Bedeutung für Pflanzen und wurden im Fall von Utricularia eingesetzt. Daneben wurde beobachtet, dass sich die Fallen von U. gibba unter Stickstoffmangel rot färben. Diese Erkentnisse können den Weg zu der Entdeckung eines neuen, kontrollierbaren Promotors ebnen, welcher es ermöglichen könnte die biotechnologische Produktion in den Fallen gezielt zu regulieren.
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