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Regulation of tissue compartmentalization of terpenoid indole alkaloid biosynthesis in Catharanthus roseus

English title Regulation of tissue compartmentalization of terpenoid indole alkaloid biosynthesis in Catharanthus roseus
Applicant Colinas Martinez Maite Felicitas
Number 165055
Funding scheme Early Postdoc.Mobility
Research institution Department Plant Systems Biology University of Ghent/VIB
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Molecular Biology
Start/End 01.05.2016 - 31.10.2017
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All Disciplines (2)

Discipline
Molecular Biology
Botany

Keywords (5)

Terpenoid indole alkaloids; Catharanthus roseus; Transcription factors; Jasmonate; Plant specialized metabolism

Lay Summary (German)

Lead
Die Heilpflanze Madagaskar-Immergrün (Catharanthus roseus) produziert unzählige sekundäre Pflanzenstoffe, darunter verschiedene Terpenoid Indolalkaloide, zu der auch die Chemotherapeutika Vinblastin und Vincristin gehören. Letztere werden in der Pflanze über einen aufwendigen Biosyntheseweg hergestellt, der auf verschiedene spezialisierte Zelltypen aufgeteilt ist. Dieses Projekt leistet einen Beitrag zur Identifizierung der Faktoren, die diese Zellspezifizität ermöglichen.
Lay summary

Die Heilpflanze Catharanthus roseus produziert verschiedene sekundäre Pflanzenstoffe, unter anderem Terpenoid Indolalkaloide, die zum Beispiel der Abwehr von Herbivoren oder Phytopathogenen dienen. Die zu dieser Stoffgruppe gehörenden Metabolite Vinblastin und Vinkristin sind aufgrund ihrer zytostatischen Wirkung wichtige Medikamente in der Krebschemotherapie.

Der Biosyntheseweg dieser Stoffe inklusive der beteiligten Intermediate und Enzyme ist weitestgehend aufgeklärt. Interessanterweise finden die entsprechenden Stoffwechselschritte in verschiedenen spezialisierten Zelltypen statt. Dies wird durch zelltypspezifische Expression der Gene, die für die beteiligten Enzyme kodieren, erreicht. Es ist jedoch grösstenteils weder bekannt welche Faktoren die zelltypspezifische Genexpression kontrollieren (zum Beispiel Transkriptionsfaktoren) noch welche Faktoren die Entwicklung der spezialisierten Zelltypen ermöglichen.

Im Rahmen dieses Projektes werden daher bislang unbekannte beteiligte Faktoren identifiziert und anschliessend untersucht, auf welche Art und Weise sie die zelltypspezifische Genexpression kontrollieren. Ferner wird untersucht ob die gefundenen Faktoren ebenfalls die Entwicklung der entsprechenden Zelltypen beeinflussen.

Tatsächlich ist die Aufteilung von Biosynthesewegen von sekundären Pflanzenstoffen auf verschiedene Zelltypen vergleichsweise häufig, so dass die hier gewonnen Erkenntnisse möglicherweise übertragbar sind auf andere Pflanzen bei denen die Biosynthese von Naturstoffen auf verschiedene Zelltypen aufgeteilt ist, zum Beispiel Schlafmohn oder Tollkirsche.

Direct link to Lay Summary Last update: 02.05.2016

Responsible applicant and co-applicants

Publications

Publication
Combinatorial Transcriptional Control of Plant Specialized Metabolism
Colinas Maite, Goossens Alain (2018), Combinatorial Transcriptional Control of Plant Specialized Metabolism, in Trends in Plant Science, 1.
Identification of Iridoid Glucoside Transporters in Catharanthus roseus
Larsen Bo, Fuller Victoria L., Pollier Jacob, Moerkercke Alex Van, Schweizer Fabian, Payne Richard, Colinas Maite, O'Connor Sarah E., Goossens Alain, Halkier Barbara A. (2017), Identification of Iridoid Glucoside Transporters in Catharanthus roseus, in Plant and Cell Physiology, 1.

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Gordon Research Conference of Plant Metabolic Engineering Poster Transcriptional regulation of monoterpenoid indole alkaloid biosynthesis in Catharanthus roseus 09.07.2017 Waterville Valley, New Hamphire, United States of America Colinas Martinez Maite Felicitas;
Gordon Research Seminar of Plant Metabolic Engineering Poster Transcriptional regulation of monoterpenoid indole alkaloid biosynthesis in Catharanthus roseus 08.07.2017 Waterville Valley, New Hampshire, United States of America Colinas Martinez Maite Felicitas;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
177831 Completing the picture of regulation of terpenoid indole alkaloid biosynthesis in Catharanthus roseus 01.02.2018 Advanced Postdoc.Mobility

Abstract

The medicinal plant Catharanthus roseus produces a range of specialized compounds, among them the terpenoid indole alkaloids (TIAs), thought to confer herbivore resistance. Importantly, these plants represent the only source for pharmaceutical production of the widely used anti-cancer drugs vinblastine and vincristine. Interestingly, the biosynthesis of TIAs is highly compartmentalized at the tissue level, with specific steps taking place in specialized cell-types. This is achieved at the transcriptional level by cell-type specific expression of defined subsets of TIA biosynthesis genes. It has been shown previously that TIA biosynthesis is induced by the plant hormone jasmonate and some of the mediating transcription factors have been described. However, these transcription factors are not expressed in a cell-type specific manner and do therefore not explain the cell-type specific expression of TIA biosynthesis genes. Thus, it still remains unknown how compartmentalization of TIA biosynthesis is achieved.The main aim of this project is thus tto identify transcription factors controlling cell-type specific expression of TIA biosynthesis genes and in addition potentially modulate development of the respective cell-types. For this, transcriptomes will be constructed by RNAsequencing of dissected tissues, enriched in the respective cell-types, and positive candidates will be characterized in depth.
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