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Polyphenol metabolism in sainfoin (Onobrychis viciifolia) : a forage legume of renewed attention
No full textDie Esparsette (Onobrychis viciifolia) ist eine traditionelle Futterleguminose mit großem Potential für den Einsatz in der nachhaltigen Landwirtschaft. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, eine mögliche Korrelation zwischen dem Polyphenolmetabolismus und den beobachteten positiven Effekten der Esparsette zu untersuchen.Die Aktivität von Peroxidase (POX) und Polyphenoloxidase (PPO) in der Esparsette wurden untersucht. Beide Enzyme führen zur Bildung quinoider Strukturen und könnten daher die Wechselwirkung zwischen Polyphenolen und Proteinen beeinflussen. 40 in Nordeuropa angebaute Esparsetten-Linien wurden hinsichtlich POX- und PPO-Aktivität untersucht. Weitere Linien, die in Südeuropa angebaut wurden, wurden ebenfalls auf POX- und PPO-Aktivität untersucht. Zudem wurden die Linien hinsichtlich der Expression von an der Flavonoidbiosynthese beteiligten Genen untersucht. Die Linien zeigten deutliche Unterschiede sowohl hinsichtlich der Enzymaktivität, als auch der Genexpression. Untersucht wurde auch die Stabilität der POX. Es konnte gezeigt werden, dass die POX sehr stabil ist und selbst nach bis zu 48-stündiger Inkubation im Schafrumen noch aktiv ist. Ein Vergleich der POX Aktivität von Sainfoin mit Alfalfa zeigte keinen deutlichen Unterschied. Zudem wurde der Einfluss unterschiedlicher Konservierungsmethoden auf die POX-Aktivität untersucht. Heu wies deutlich höhere POX-Aktivitäten auf als Silage und frisches Futter. Für das Screening der antioxidativen Kapazität der Esparsette wurden die Stabilität und Reproduzierbarkeit der DPPH-Methode gezeigt, womit die Methode geeignet für ein Screening der Esparsette ist.Sainfoin (Onobrychis viciifolia) is a traditional forage legume with great potential for sustainable agriculture. The aim of the present work was to study the possible correlation between the polyphenol metabolism and the observed positive effects of sainfoin.Peroxidase (POX) and polyphenoloxidase (PPO) were studied as possible enzymes for the formation of quinoid structures, which could influence the interaction of polyphenols with protein. 40 selected lines grown in northern Europe were studied for the screening of POX and PPO activity.Further selected sainfoin varieties grown in southern Europe were screened for their POX and PPO activity and in addition for their gene expression of 9 flavonoid genes. The lines showed distinct differences with respect to gene expression and enzyme activity.The stability of POX activity was studied and revealed that the POX activity remains quite stable even when incubated in the sheep rumen up to 48 hours. A comparison of the POX activity of sainfoin with alfalfa showed no distinct difference in the activity. Furthermore, the effect of different conservation methods on the POX activity of sainfoin was studied. It showed that POX activity in hay is higher than in silage and fresh forage. For screening of the antioxidant capacity, DPPH method showed to be a stable and reproducible method for the screening of sainfoin
Biochemical and molecular biological investigations on the biosynthesis of flavonoids in Onobrychis viciifolia
No full textDas Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die biochemischen und molekularbiologischen Grundlagen zu schaffen, um mögliche Korrelationen zwischen dem Flavonoidmetabolismus und den beobachteten positiven Effekten der Esparsette (Onobrychis viciifolia) identifizieren zu können. Dadurch könnten Auswahlkriterien für eine optimale Flavonoidbiosynthese für ein zukünftiges Züchtungsprogramm festgelegt werden. Es wurden Methoden für die Gewinnung von Enzympräparationen, Gesamt-RNA und mRNA aus dem polyphenolreichen Pflanzenmaterial der Esparsette erarbeitet. Damit konnten die Aktivitäten der an der Flavonoidbiosynthese beteiligten Enzyme Phenylalaninammoniumlyase (PAL), Chalkonsynthase/Chalkonisomerase (CHS/CHI), Flavanon-3-Hydroxylase (FHT), Dihydroflavonol-4-Reduktase (DFR), Flavonolsynthase (FLS), Flavonoid-3-O-Glucosyltransferase (FGT) und O-Methyltransferase in verschiedenen Geweben der Esparsette nachgewiesen werden. In Keimlingen konnte außerdem die Aktivität einer Isoflavonsynthase (IFS) untersucht werden, die für die Bildung der für die Leguminosen charakteristischen Isoflavonoide notwendig ist. Die Enzyme wurden charakterisiert und Standardenzymtests etabliert. Darüber hinaus wurden die cDNA Klone von PAL, CHS, CHI, FHT, DFR, FLS, Leucoanthocyanidinreduktase (LAR), Anthocyanidinsynthase (ANS), Anthocyanidinreduktase (ANR), FGT, Isoflavon-O-Methyltransferase und Polyketidreduktase isoliert. CHS, FHT, DFR, FLS, LAR, ANS, ANR und IFS wurden durch heterologe Expression auf ihre Funktionalität und Substratakzeptanz getestet. Aufbauend auf der Charakterisierung der Enzyme und der Isolierung der cDNAs wurden 53 ausgewählte Linien auf ihre Enzymaktivität und Genexpression untersucht. Die Linien zeigten deutliche Unterschiede hinsichtlich der Enzymaktivität und Genexpression. Damit konnten im Bezug auf die Flavonoidbiosynthese besonders charakteristische Linien ausgewählt werden, die für eine systematische Evaluierung des Beitrags der Flavonoide zu den positiven Eigenschaften der Ersparsette herangezogen werden können.The aim of the present work was to establish the biochemical and molecular biological basis for the identification of possible correlations between flavonoid metabolism and the observed positive effects of sainfoin (Onobrychis viciifolia). This selection criteria for an optimal flavonoid biosynthesis could thereby be predefined for future breeding programmes. Methods were developed for the preparation of enzymes, total RNA and mRNA from the polyphenol rich plant material of sainfoin. The activities of the following enzymes involved in the flavonoidbiosynthesis, in different tissues were demonstrated: phenylalanine ammonia lyase (PAL), chalkone synthase/chalkone isomerase (CHS/CHI), flavanone 3-hydroxylase (FHT), dihydroflavonol 4-reductase (DFR), flavonol synthase (FLS), flavonoid 3-O-glucosyltransferase (FGT) and O-methyltransferase. In addition, of isoflavone synthase activity (IFS) was determined in seedlings. IFS is essential for the formation of the isoflavonoids, which are typically found in legumes. All enzymes were characterized in detail and standard enzyme tests were established. Furthermore cDNA clones of PAL, CHS, CHI, FHT, DFR, FLS, leucoanthocyanidine reductase (LAR), anthocyanidin synthase (ANS), anthocyanidin reductase (ANR), FGT, isoflavone-O-methyltransferase and polyketide reductase were isolated.CHS, FHT, DFR, FLS, LAR, ANS, ANR and IFS were tested for functional activity by heterologous expression and their substrate acceptance was studied. Based on the characterization of the enzymes and the isolation of the cDNAs 53 selected lines were screened for their enzymatic activity and quantitative gene expression. The lines showed distinct differences with respect to enzyme activity and gene expression. These can be used for the systematic evaluation of the flavonoid's contribution to the benefits of sainfoin
Biochemical and molecular biological investigations on the biosynthesis of dihydrochalcones in the model plant apple
No full textDihydrochalkone sind biochemisch mit den Flavonoiden verwandt und werden zur Gruppe der "minor flavonoids" gezählt. Am bekanntesten sind die Phloretin-Derivate von Malus sp., die mehr als 90 % des löslichen Gesamtphenolgehalts in den Blättern ausmachen. Das Phloretin 2´-O-Glukosid (Phloridzin) wird häufig in Zusammenhang mit der Resistenz der Apfelpflanze gegen Phytopathogene diskutiert. Die Biosynthese der Dihydrochalkone war biochemisch und molekularbiologisch bislang nur wenig untersucht.Malus x domestica wurde aufgrund der umfangreichen öffentlich zugänglichen Sequenzinformationen sowie der Bedeutung und des starken Vorkommens der Phloretin-Derivate als Modellpflanze zur Untersuchung der Biosynthese der Dihydrochalkone anhand von Phloridzin ausgewählt. Die dabei entscheidenden enzymatischen Schritte sind die Bildung von p-Dihydrocumaroyl-CoA aus p-Cumaroyl-CoA, die Synthese von Phloretin aus p-Dihydrocumaroyl-CoA und drei Molekülen Malonyl-CoA sowie die Glukosylierung von Phloretin zu Phloridzin.Mit Proteinpräparationen wurde gezeigt, dass außer Malus x domestica auch Pflanzen, in denen Dihydrochalkone bislang nicht nachgewiesen wurden, in der Lage sind, p-Dihydrocumaroyl-CoA aus p-Cumaroyl-CoA zu synthetisieren. Dies weist auf eine Dehydrogenase hin, die nicht unbedingt ein spezifisches Enzym der Dihydrochalkon-Biosynthese sein muss. In der vorliegenden Arbeit konnte die Dehydrogenase nicht endgültig identifiziert werden. Es wurden allerdings einige mögliche Enzyme ausgeschlossen und weitere in Frage kommende cDNA-Klone isoliert.Deren Beteiligung an der Biosynthese der Dihydrochalkone soll mit entsprechenden transgenen Pflanzen von Arabidopsis thaliana oder Malus x domestica geklärt werden.Weiters wurden fünf cDNA-Klone der Chalkonsynthase aus dem Apfel isoliert und heterolog exprimiert. Mit den rekombinanten Enzymen konnte gezeigt werden, dass außer p-Cumaroyl-CoA auch p-Dihydrocumaroyl-CoA als Substrat akzeptiert wird. Chalkonsynthasen können demnach die Biosynthese von Phloretin katalysieren. Damit dürfte es keine spezielle Chalkonsynthase im Apfel geben, die spezifisch für die Bildung von Naringeninchalkon oder Phloretin verantwortlich ist.Außerdem wurden drei cDNA-Klone von Glykosyltransferasen aus dem Apfel isoliert und heterolog exprimiert. Zwei der rekombinanten Enzyme glukosylieren Phloretin zum Phloretin 2´-O-Glukosid. Ein weiteres führt zur Bildung eines Glukosids, das vermutlich das Phloretin 4´-O-Glukosid ist. Die mögliche phytopathologische Relevanz der Dihydrochalkon 2´-O-Glykosyltransferase-Aktivität im Zusammenhang mit dem Feuerbrand wird diskutiert.Zusätzlich wurden zu Vergleichszwecken homologe cDNA-Klone der Chalkonsynthase und zwei Glykosyltransferasen aus der Birne isoliert, welche nach heterologer Expression dieselbe enzymatische Aktivität wie die entsprechenden rekombinanten Enzyme des Apfels aufweisen. Die nah mit dem Apfel verwandte Birne kann demnach sehr wahrscheinlich nur aufgrund der fehlenden Dehydrogenaseaktivität keine Dihydrochalkone bilden.Dihydrochalcones are biochemically related to flavonoids and are classified as "minor flavonoids". The phloretin derivatives of Malus sp., which represent more than 90 % of the soluble phenolics in leaves, are the best known dihydrochalcones. The phloretin 2´-O-glucoside (phloridzin) is often discussed concerning the pathogen resistance of apple trees. The biosynthesis of dihydrochalcones has, to date, rarely been investigated at the biochemical and molecular biological level. In the present work Malus x domestica was used as a model plant for investigations on the biosynthesis of the dihydrochalcone phloridzin due to the extensive sequence information that is currently available and the importance and high content of phloretin derivatives in this plant species. The required enzymatic steps are (i) the formation of p-dihydrocoumaroyl-CoA from p-coumaroyl-CoA, (ii) the synthesis of phloretin from p-dihydrocoumaroyl-CoA and three molecules of malonyl-CoA, and (iii) the glucosylation of phloretin to phloridzin.With protein preparations it was possible to show that Malus x domestica, as well as other plant species which do not naturally synthesize dihydrochalcones, are able to reduce p-coumaroyl-CoA to p-dihydrocoumaroyl-CoA. This indicates that the dehydrogenase seems to be not specific for the biosynthesis of dihydrochalcones. At present, the dehydrogenase could not be finally identified. However, some enzyme candidates were excluded and some further cDNA clones were isolated.Their involvement in the biosynthesis of dihydrochalcones will be elucidated in the future through transgenic Arabidopsis thaliana or Malus x domestica plants.Five cDNA clones of the chalcone synthase were isolated from apple and heterologously expressed. The recombinant enzymes accepted p-coumaroyl-CoA and p-dihydrocoumaroyl-CoA as substrates. Therefore, chalcone synthases from apple are able to catalyse the formation of phloretin. This also implies that there seems to be no specific chalcone synthase for the formation of naringenin chalcone or phloretin present in apple.Moreover, three cDNA clones of glycosyltransferases were isolated and heterologously expressed. Two of the recombinant enzymes catalyse the glucosylation of phloretin to phloretin 2´-O-glucoside. The third glucosylates phloretin most likely to phloretin 4´-O-glucoside. The possible phytopathological relevance of the activity of the dihydrochalcone 2´-O-glycosyltransferase concerning fire blight resistance is discussed.For comparison, homologous cDNA clones of the apple chalcone synthase and glycosyltransferases were isolated from the closely related genus Pyrus. The recombinant enzymes showed the same enzymatic activity as the homologues from apple. Therefore, the absence of dihydrochalcones in pear is most likely determined by the absence of the dehydrogenase activity
Optimierung von Produktivität und Fruchtqualität von Tafeltrauben der Sorte ‚Crimson Seedless’ durch Kulturmaßnahmen
No full textFor improving fruit quality of 'Crimson Seedless' table grape the balance of vegetative and generative growth was regulated by different N and K fertilization, by pruning, and by fruit thinning. Dry matter, sugar content, acidity as well as anthocyanins, stilbenes, hydroxycinnamic acids, proanthocyanidins and flavonols were estimated as quality parameters. Fruit quality was positively influenced by reduced N-fertilization and by fruit thinning combined with basal leaf removal.Zur Verbesserung der Fruchtqualität der Tafeltraubensorte 'Crimson Seedless' wurde die Balance zwischen vegetativem Wachstum und Fruchtertrag durch N- und K-Versorgung sowie durch Schnittmaßnahmen und Fruchtausdünnung reguliert. Als Qualitätsmerkmale der Beeren wurden Trockensubstanz, Zucker- und Säuregehalt sowie die Konzentration von Anthocyanen, Stilbenen, Hydroxyzimtsäuren, Proanthocyanidinen und Flavonolen bestimmt. Insgesamt wirkten sich geringe N-Düngung und Fruchtausdünnung mit teilweise Entblätterung der Triebe positiv auf die Fruchtqualität aus
Gene expression studies in apple (Malus domestica) leaves upon Venturia inaequalis inoculation
No full textEine der weltweit bedeutendsten Apfelkrankheiten ist der durch den Pilz V. inaequalis verursachte Apfelschorf. In der vorliegenden Arbeit wurde die Pathogen-induzierte Genexpression in Blättern der schorfanfälligen Apfelsorte Golden Delicious und der resistenten Sorte Rewena untersucht. Zur weiteren Charakterisierung der Wirt-Pathogen-Interaktion wurden die Konzentrationen an abwehrbeteiligten phenolischen Inhaltsstoffen ermittelt. Durch eine Variierung der N-Düngung wurde zudem der Grad der Anfälligkeit der Golden Delicious-Bäume modifiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass die Schorfabwehr der beiden Sorten auf unterschiedlichen Mechanismen beruht.Apple scab, caused by the fungus V. inaequalis, is one of the most damaging diseases in apple worldwide. In the present study, pathogen induced gene expression in leaves of the scab susceptible cultivar Golden Delicious and the resistant cultivar Rewena was analyzed. In order to further characterize the host-pathogen-interaction, the concentrations of defence-related phenolic compounds were examined. In addition, varying N-fertilization levels modified the degree of susceptibility of the Golden Delicious trees. The results suggested that the scab defence of the two cultivars is based on different mechanisms
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Induktion der Flavonoidbiosynthese bei Apfel (Malus domestica) in Hinblick auf induzierte Resistenz gegenüber dem Erreger von Schorf (Venturia inaequalis)
No full textUsing the hypersensitivity resistance of European plum (<em>Prunus domestica</em>L.) to Sharka virus (<em>Plum pox virus</em>) for reduction of the virus spread
No full textDie Scharkakrankheit verursacht große Schäden beim Steinobstanbau. Die Etablierung der Hypersensibilitätsresistenz gegenüber dieser Virose wird im Pflaumenzüchtungsprogramm der TUM als wesentliche Gegenmaßnahme angestrebt. Für die effiziente Selektion hypersensibler Zuchtklone sollten molekulare Resistenzmarker gefunden werden. Von anderen Prunus-Arten bekannte Sequenzen erwiesen sich jedoch bei P. domestica als nicht brauchbar. Für die Suche nach Genomabschnitten des Scharkavirus, die für die Auslösung der hypersensiblen Reaktion verantwortlich sind, wurde eine Methode entwickelt, mit der vielversprechende Ergebnisse erzielt wurden. Als zuverlässiges Verfahren zur Einschränkung der Virusverbreitung konnte in Gewächshaus- und Freilandexperimenten die Verwendung von hypersensiblen Veredlungsunterlagen ermittelt werden.The sharka disease causes severe damages in the cultivation of stone fruits. In order to use the hypersensitivity resistance in plum breeding an efficient selection procedure is necessary. Therefore, molecular markers which definitely correlate with this kind of resistance and which are suitable for marker assisted selection. However, markers from other Prunus species were found as unsuitable. Furthermore, a method was established for the investigation of candidate virus genome sequences related to the elicitation of the hypersensitivity response. As a reliable method to reduce the spreading of the virus, the use of hypersensitive rootstocks could be proven in greenhouse and field experiments
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