05.06.2008 Väitös: Mansikan fenolisten yhdisteiden biosynteesin muuntelu ja metaboliittiprofilointi

Wednesday, 28 May 2008 10:20

Hanhineva Kati 5.6.2008
Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunta
Bioteknologia
Metabolic engineering of phenolic biosynthesis pathway and metabolite profiling of strawberry (Fragaria × ananassa) (Mansikan fenolisten yhdisteiden biosynteesin muuntelu ja metaboliittiprofilointi)
Vastaväittäjä: Professori Howard Davies, Scottish Crop Research Institute
Kustos: Professori Sirpa Kärenlampi, Kuopion yliopisto
Aika ja paikka: Torstai 5.6.2008klo 12, Mediteknian auditorio
--------------------------------------------------------------------------------

Väitöstiedote:

Mansikan fenolisten yhdisteiden biosynteesin muuntelu ja metaboliittiprofilointi
Luonnonaineet ovat kasvien kemiallisessa viestinnässä käyttämiä aineenvaihduntatuotteita, joita tuotetaan esimerkiksi puolustusreaktioissa taudinaiheuttajia vastaan tai antamaan tuoksua ja väriä ja näin houkuttelemaan pölyttäjiä. Luonnonaineiden synteesimekanismeja kasveissa tutkitaan intensiivisesti, ja lisääntyvän tiedon myötä reittien muokkaamisesta muuntogeeniteknologian avulla on tullut yksi kasvijalostuksen haara.

Tässä väitöskirjatyössä muunnettiin puutarhamansikan fenolisten yhdisteiden synteesireittiä ja analysoitiin geeninsiirron aikaansaamat muutokset luonnonainekoostumuksessa eli metaboliittiprofiilissa. Tutkimuksessa havaittiin, että muuntelu aiheutti muutoksia mansikan metabolian säätelyyn. Metaboliittien yksityiskohtainen karakterisointi johti mansikassa aiemmin tunnistamattoman yhdisteluokan löytymiseen.

Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa kehitettiin mansikan in vitro -lisäykseen menetelmä, jossa kasvu tapahtuu bioreaktoreissa muutaman tunnin välein toistuvan, automaattisen ravinto- ja hormoniliuoskäsittelyn avulla. Menetelmä osoittautui varsin käyttökelpoiseksi, ja sitä sovellettiin myös muuntogeenisten mansikoiden tuottamiseen. Geeninsiirrossa käytettiin törmäviinistä eristettyä, stilbeenisyntaasi-entsyymiä koodaavaa geeniä, jonka ei tiedetä esiintyvän luontaisesti mansikassa. Stilbeenisyntaasien avulla on onnistuttu tehostamaan esimerkiksi vehnän ja tomaatin kestävyyttä tauteja kuten harmaahometta vastaan. Mansikassa geeninsiirto johti erään fenolisten yhdisteiden synteesireitin keskeisen entsyymin eli kalkonisyntaasin ilmentymisen vaimenemiseen, mikä johtui mahdollisesti stilbeenisyntaasin ja kalkonisyntaasin suhteellisen suuresta samankaltaisuudesta.

Muuntogeenisten mansikkalinjojen metaboliittikoostumusta selvitettiin nestekromatografia-massaspektrometria-menetelmällä, ja tämä osa työstä toteutettiin tutkimusvierailuilla Weizmann-instituuttiin Israeliin. Muunnellun mansikan lehtien metaboliittiprofiilit poikkesivat selvästi ei-muunnellusta vanhemmasta, eikä stilbeenisyntaasin yleensä tuottamaa resveratrolia tai sen johdannaisia havaittu. Sen sijaan muunnelluissa linjoissa oli moninkertaisesti kohonneita pitoisuuksia mansikasta aiemmin tunnistamattomia yhdisteitä. Näiden yhdisteiden molekyylirakenteita selvitettiin Kuopion yliopiston biotieteiden laitoksella NMR-spektroskopialla. Yhdisteet osoittautuivat erilaisiksi fenyylipropanoidi-glykosidi-johdannaisiksi, joista on raportoitu aiemmin vain muutamia tutkimuksia lähinnä aasialaisessa kansanlääkinnässä käytettävistä kasveista. Kyseisten yhdisteiden on todettu in vitro -kokeissa hidastavan syöpäsolujen kasvua ja ehkäisevän tulehdusreaktioita.

Mansikan kukan eri osille eli heteille, emille, terälehdille, verholehdille ja kukkapohjalle tehtiin myös metaboliittiprofilointi. Useat eri luonnonaineluokat esiintyivät vain tietyissä kukan osissa. Tämä työ on ensimmäinen laajamittainen kukan eri osien luonnonainekoostumuksen kartoitus, ja sen tuloksia voidaan hyödyntää kukinnan morfologiaan ja kasvien lisääntymiseen liittyvissä tutkimuksissa.

Väitöskirjatyössä saadut tulokset osoittavat, että metaboliittiprofilointi on ensiarvoisen tärkeä työkalu etenkin, kun pyritään ymmärtämään kokonaisvaltaisesti muutoksia, joita tapahtuu, kun tarkoituksellisesti muokataan monimutkaisia luonnonaineiden biosynteesireittejä. Nykyaikaisia tekniikoita hyödyntämällä voidaan edelleen löytää jopa yleisesti viljelyssä olevista kasveista uusia yhdisteitä ja yhdisteluokkia, joilla on potentiaalia ravinnon terveellisyyden kehittämisessä ja uusien lääkkeiden tuottamisessa.

Väitöskirja on julkaistu sarjassa Kuopion yliopiston julkaisuja Kuopion yliopiston julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet, ISBN 978-951-27-0969-4. Sitä voi tilata yliopiston kirjaston julkaisumyynnistä, sähköposti: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it tai verkko-osoitteesta http://www.uku.fi/kirjasto/julkaisutoiminta/julkmyyn.shtml

FM Kati Hanhinevan bioteknologian alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan Kuopion yliopiston luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunnassa torstaina 5.6.2008 klo 12 alkaen Mediteknian auditoriossa. Vastaväittäjänä on , ja väitöstilaisuuden valvojana professori Sirpa Kärenlampi, Kuopion yliopisto.

Lisätietoja:
Kati Hanhineva
Kuopion yliopisto, kliinisen ravitsemustieteen laitos / ETTK
p. 017 16 3583 tai 040 749 3614
This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it