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Synthesis of fatty acid-amino acid conjugates (FACs) and investigation of their impacts on plants
Joanna Karolina Matek
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Chemie
Betreuer*in
Lothar Brecker
DOI
10.25365/thesis.71501
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-22828.53390.941187-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die vorliegende Masterarbeit beschreibt die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Fettsäure-Aminosäure-Konjugate (FACs) auf pflanzliche Biosyntheseprozesse, um Rückschlüsse auf pflanzliche Abwehrstrategien gegen Fressfeinde zu ziehen. Eine enorme Anzahl äußerer Faktoren hat Pflanzen als immobile Organismen veranlasst, verschiedene Überlebensstrategien zu entwickeln. Das breite Spektrum pflanzlicher Verteidigungstaktiken umfasst generell mechanischen und chemischen Schutz. Neben Stacheln und Dornen ist auch eine Vielzahl komplexer chemischer Strukturen wie Sekundärmetabolite an der Interaktion zwischen Pflanzen und Herbivoren beteiligt. Erwähnenswert ist, dass die Pflanze zunächst physisch verletzt werden muss, gefolgt von einer Ausbreitung chemischer Auslöser an der Kontaktstelle zwischen Pflanze und Pflanzenfresser, um eine Kaskade biochemischer Prozesse zu aktivieren. Einer der wichtigsten Initiatoren pflanzlicher Verteidigungsstrategien ist das FAC Volicitin. Da die biochemische Wirksamkeit dieser Verbindung außer Frage steht, weil sie bereits in früheren Studien untersucht wurde, wurden in der vorliegenden Arbeit andere dem Volicitin ähnliche Verbindungen synthetisiert und es wurde ihre potenzielle Fähigkeit biosynthetische Wege zu induzieren untersucht. Um die Konzentrationsveränderungen von bestimmten sekundären Inhaltsstoffen von Vinca minor-Pflanzen und Populus-Hybriden (Populus alba × Populus tremula) zu untersuchen, wurden elf FACs synthetisiert, die sich in ihrer chemischen Struktur nicht stark voneinander unterscheiden: N-(10-Hydroxyundecanoyl)-L-glutamin (1d), (S)-N-α-Undec-10-enoyl-L-glutamin (2b), N-((9Z)-Octadec-9-enoyl)-L-glutamin (3b), (S)-N-α-Octadecanoyl-L-glutamin (4b), N-(Heptanoyl)-L-glutamin (5c), N-(Pent-2-enoyl)-L-glutamin (6c), N-(Hept-2-enoyl)-L-glutamin (7c), N-(9-(1´´-Oxooctadecanoyl)-octadec-10-enoyl)-L-glutamin (8c), N-(10-(1´´-Oxooctadecanoyl)-octadec-8-enoyl)-L-glutamin (8d), N-(12-Oxononacosa-9-enoyl)-L-glutamin (9b), (S)-N-α-Octanoyl-L-glutamin (10b) und N-(12-Hydroxynonadec-9-enoyl)-L-glutamin (11e). Im anschließenden Experiment wurden die FAC-assoziierten Molekülmuster des monoterpenoiden Indolalkaloids (MIA) Vincamin in V. minor und der beiden Salicinoide Tremulacin und Tremuloidin in Populus-Hybriden mit Hilfe einer Hochdruck-Flüssig-Fest-Chromatographie (HPLC) näher untersucht. Die Behandlung mit N-(Pent-2-enoyl)-L-glutamin (6c) veränderte den Gehalt an Vincamin in V. minor-Pflanzen erheblich. Hier wurde im Gegensatz zu den erhaltenen Ergebnissen nach der Auftragung der anderen FACs oder der ägyptischen Baumwollblattwürmer (Spodoptera littoralis) ein zweifacher Anstieg des Vincamingehalts identifiziert. Dies bestätigte nachweislich die postulierte Induktion des MIAs-Biosyntheseweges im Kleinen Immergrün. Darüber hinaus wurden bei der Untersuchung der zeitlichen Veränderungen der Vincaminkonzentration nach der Anwendung von 6c sofortige Veränderungen des MIA-Spiegels in V. minor 24 h nach der Anwendung des oben erwähnten FAC-Kandidaten sichtbar, während am sechsten Tag die niedrigste Vincaminkonzentration beobachtet wurde. Folglich wurde im Laufe der Zeit immer weniger Vincamin nachgewiesen, da es sich möglicherweise um eine sukzessive Umwandlung der vorhandenen MIAs in andere Alkaloide handelte. Des Weiteren konnten im Rahmen dieser Masterarbeit auch Beobachtungen zur Biosynthese der beiden bedeutenden Salicinoide Tremulacin und Tremuloidin nach Anwendung der FACs N-(10-Hydroxyundecanoyl)-L-glutamin (1d), N-(Heptanoyl)-L-glutamin (5c) N-(9-(1´´-Oxooctadecanoyl)-octadec-10-enoyl)-L-glutamin (8c) und N-(10-(1´´-Oxooctadecanoyl)-octadec-8-enoyl)-L-glutamin (8d) sowie (S)-N-α-Octanoyl-L-glutamin (10b) auf die Populus alba × Populus tremula Hybriden gemacht werden. Populus tremula-ähnliche Individuen wiesen höhere Werte von relativen Tremulacin- und Tremuloidin-Konzentrationen auf als Populus alba-ähnliche Arten, was einen kausalen Zusammenhang zwischen der genomischen Abstammung der Pappeln und den Konzentrationen der beiden Phenylglycoside bestätigte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Masterarbeit weitere Perspektiven für die Erforschung der FAC-Synthese, die mit der Untersuchung pflanzlicher Verteidigungsstrategien in Form der Induktion der noch immer rätselhaften Biosynthesewege von Alkaloiden und Phenylglycosiden verbunden ist, eröffnet.
Abstract
(Englisch)
The work presented herein describes the investigation of the impact of diverse fatty acid-amino acid conjugates (FACs) on plant biosynthetic processes to draw the conclusions about the plant defence strategies against herbivores. A plethora of external factors have caused the plants as sessile organisms to develop different survival strategies. In general, a broad spectrum of plant defensive tactics encompasses particularly mechanical and chemical protection. Besides the trichomes and thorns, a vast number of complex chemical structures such as secondary metabolites also take part in the plant-predator dialog. It is worth noting at this stage that in order to activate the cascade of biochemical processes, the plant first needs to be physically injured, followed by chemical elicitor propagation at the plant-herbivore interface. One of the prominent triggers of plant defensive strategies is the FAC volicitin. Since the biochemical efficacy of this compound is beyond question, as it has already been investigated in previous studies, other volicitin-like compounds were synthesized in the present work and their potential impact in inducing biosynthetic pathways was investigated. To examine the alterations of specialized metabolite pattern of Vinca minor plants and Populus hybrids (Populus alba × Populus tremula), eleven FACs not strongly differing from each other in their chemical structure were synthesized: N-(10-hydroxyundecanoyl)-L-glutamine (1d), (S)-N-α-undec-10-enoyl-L-glutamine (2b), N-((9Z)-octadec-9-enoyl)-L-glutamine (3b), (S)-N-α-octadecanoyl-L-glutamine (4b), N-(heptanoyl)-L-glutamine (5c), N-(pent-2-enoyl)-L-glutamine (6c), N-(hept-2-enoyl)-L-glutamine (7c), N-(9-(1´´-oxooctadecanoyl)-octadec-10-enoyl)-L-glutamine (8c), N-(10-(1´´-oxooctadecanoyl)-octadec-8-enoyl)-L-glutamine (8d), N-(12-oxononacosa-9-enoyl)-L-glutamine (9b), (S)-N-α-octanoyl-L-glutamine (10b) and N-(12-hydroxynonadec-9-enoyl)-L-glutamine (11e). In the succeeding experiment, FACs-associated molecular patterns addressing monoterpenoid indole alkaloid (MIA) vincamine in V. minor and two salicinoids tremulacin and tremuloidin in Populus hybrids were examined in more detail with the aid of high-pressure liquid-solid chromatography (HPLC) method. Treatment with N-(pent-2-enoyl)-L-glutamine (6c) extensively altered the content of vincamine in V. minor plants. A twofold increase in vincamine levels in contrast to other FACs or even caterpillars demonstratively confirmed the postulated induction of MIAs pathway in periwinkle. Moreover, the investigation of temporal alterations in the vincamine concentration after the application of the 6c visualized immediate changes in MIA level in V. minor 24 h after application of the FAC candidate, whereas on the sixth day the lowest vincamine concentration was monitored. Consequently, less and less vincamine was detected in the course of time. Therefore, it was suspected that the available MIA was converted into other compounds, might even be alkaloids. In the current work observations could also be made concerning the biosynthesis of two significant salicinoids tremulacin and tremuloidin after application of FACs N-(10-hydroxyundecanoyl)-L-glutamine (1d), N-(heptanoyl)-L-glutamine (5c), N-(9-(1´´-oxooctadecanoyl)-octadec-10-enoyl)-L-glutamine (8c) and N-(10-(1´´-oxooctadecanoyl)-octadec-8-enoyl)-L-glutamine (8d) as well as (S)-N-α-octanoyl-L-glutamine (10b) to the Populus alba × Populus tremula hybrids. Populus tremula-like individuals indicated higher values of relative tremulacin and tremuloidin concentrations than Populus alba-like species, which confirmed causal relationship between the genomic ancestry of the poplars and concentrations of the two phenyl glycosides. In a nutshell, the current work has revealed new perspectives for FACs synthesis research, which is associated with the study of plant defensive strategies in the form of induction of the still enigmatic biosynthetic pathways of alkaloids and phenyl glycosides.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Fettsäure-Aminosäure-Konjugate Vinca minor Populus Vincamin Tremulacin Tremuloidin
Schlagwörter
(Englisch)
fatty acid-amino acid conujgates Vinca minor Populus vincamine tremulacin tremuloidin
Autor*innen
Joanna Karolina Matek
Haupttitel (Englisch)
Synthesis of fatty acid-amino acid conjugates (FACs) and investigation of their impacts on plants
Paralleltitel (Deutsch)
Synthese von Fettsäure-Aminosäure-Konjugaten (FACs) und Untersuchung ihrer Auswirkungen auf Pflanzen
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
XI, 100 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Lothar Brecker
Klassifikationen
35 Chemie > 35.26 Massenspektrometrie ,
35 Chemie > 35.29 Chromatographische Analyse, Elektrophorese ,
35 Chemie > 35.33 Organische Analyse ,
35 Chemie > 35.39 Analytische Chemie: Sonstiges ,
35 Chemie > 35.50 Organische Chemie: Allgemeines ,
35 Chemie > 35.51 Organische Reaktionen, Stereochemie ,
35 Chemie > 35.66 Terpene, Steroide, Alkaloide ,
35 Chemie > 35.68 Organische Verbindungen: Sonstiges ,
35 Chemie > 35.73 Biochemische Reaktionen
AC Nummer
AC16564163
Utheses ID
62947
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |