Dynamische metabolische Lösungen für den sessilen Lebensstil von Pflanzen

Abgedeckt bis 2018. Pflanzen sind sessile Organismen. Um zu kompensieren, dass sie nicht in der Lage sind zu entkommen, wenn sie ungünstigen Wachstumsbedingungen, Schädlingen oder Herbivoren ausgesetzt sind, haben Pflanzen ihre metabolische Plastizität perfektioniert, indem sie die Fähigkeit zur bedarfsorientierten Synthese einer Vielzahl von Phytochemikalien entwickelt haben, um spezifisch auf die Herausforderungen zu reagieren, die während der Pflanzenontogenese entstehen. Wichtige Schritte in der Biosynthese von Phytochemikalien werden durch membranbundene Cytochrom-P450-Enzyme katalysiert, die bei Pflanzen eine Superfamilie bilden. In planta können die P450s in dynamischen Enzym-Clustern (Metabolonen) organisiert sein, und die Gene, die die P450s und andere Enzyme in einem speziellen Weg kodieren, können gruppiert sein. Die Bildung von Metabolonen erleichtert den Transfer von Substraten zwischen aufeinanderfolgenden Enzymen und ermöglicht es der Pflanze somit, den Fluss allgemeiner Metaboliten in Richtung Biosynthese spezifischer Phytochemikalien zu lenken. In der Pflanzenzelle dient die Kompartimentierung des Betriebs spezifischer biosynthetischer Wege in spezialisierten Plastiden dazu, unerwünschten metabolischen Kreuzgesprächen zu vermeiden und bietet distinct Speicherorte für molare Konzentrationen spezifischer Phytochemikalien. Flüssig-flüssige Phasentrennung kann zur Bildung dichter biomolekularer Kondensate im Zytoplasma oder in der Vakuole führen, die eine schnelle Aktivierung der gespeicherten Phytochemikalien bei Bedarf im Falle eines Angriffs durch Schädlinge oder Herbivoren ermöglichen. Das molekulare Netz hinter der Pflanzenplastizität bietet ein endloses Reservoir funktioneller Module, die als Werkzeugkasten für synthetische Biologie zur Konstruktion neuartiger biologischer Systeme basierend auf rationalen Entwurfsprinzipien genutzt werden können. In diesem Überblick heben wir einige der Konzepte hervor, die Pflanzen verwenden, um die Biosynthese und Speicherung von Phytochemikalien zu koordinieren.