Biosynthese und Funktion von Vitamin K in Arabidopsis

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Vitamin K umfasst eine Gruppe von lipophilen Vitaminen, die als Cofaktoren in der Proteinaktivierung während der Blutgerinnung und Knochenbildung dienen. Daher führt Vitamin K Mangel zu einem erhöhten hämorrhagischen Risiko und trägt zur Ausbildung von Osteoporose bei. Phylloquinon (Vitamin K1) kann nicht in Menschen gebildet werden, sondern muss durch die Nahrung aufgenommen werden. In Pflanzen ist Phylloquinon einer der Elektronenträger im Photosystem I. Die Biosynthese von Phylloquinon wurde in Blaualgen untersucht, aber es gibt bisher keine molekularen Studien in höheren Pflanzen. Im vorliegenden Projekt soll die Biosynthese und Regulation von Phylloquinon, sowie die Rolle von Phylloquinon in der Photosynthese höherer Pflanzen studiert werden. Für die Phylloquinon-Biosynthese limitierende Schritte sollen durch Überexpression von Kandidatengenen in Arabidopsis identifiziert werden. Diese Experimente sind die Voraussetzung zur Erzeugung transgener Nutzpflanzen mit erhöhtem Vitamin K Gehalt. In einem der Kandidatengene konnten wir ein putatives 5¿ offenes Leseraster (5¿ upstream open reading frame, uORF) finden, der an der Regulation der Phylloquinon- Biosynthese beteiligt sein könnte. Weiterhin haben wir im Rahmen der Vorarbeiten die erste Phylloquinon-defiziente höhere Pflanze isoliert. Im Gegensatz zu Cyanobacterien, in denen Phylloquinon-Mangel nur einen geringen Einfluss auf das Wachstum hat, führt Phylloquinon-Defizienz in Arabidopsis zu einer drastischen Verlangsamung des Wachstums und zur Ausbildung chlorotischer Blätter. Wir werden versuchen, die Phylloquinon- Defizienz der Mutante mit Hilfe der Zugabe von Phylloquinon oder verschiedener Hydroquinone zu komplementieren. Diese Experimente werden die Voraussetzung für das Verständnis der Funktions-Struktur-Beziehung von Phylloquinon im Photosystem I sein.