Titelaufnahme

Die analgetische, sedative Wirkung des Extraktes aus der Kapsel des Schlafmohns, Papaver somniferum L., ist dem Menschen seit wenigstens 3000 Jahren bekannt. Sie beruht auf dem Auftreten spezieller Sekundärmetabolite, den sog. Alkaloiden, in der Pflanze. P. somniferum synthetisiert ein Reihe an Alkaloiden der Klassen Benzylisochinoline, Morphinane und Benzophen[c]anthridine. Beispiele sind das narkotisch-analgetische Morphin, das antitussiv wirkende Codein und das Spasmolytikum Papaverin. Der weltweite Konsum von 195 Tonnen Codein und 28,8 Tonnen Morphin im Jahr 2004 für medizinische Zwecke verdeutlicht die große Bedeutung dieser Substanzen heutzutage. Mit Ausnahme des Papaverins, das inzwischen billiger durch chemische Synthese gewonnen werden kann, bleibt die Schlafmohn-Pflanze selbst noch immer die günstigste Quelle der Alkaloide. Während die Biosynthese der Morphinane nahezu vollständig aufgeklärt ist, ist nur Weniges über die Regulation dieser bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde P. somniferum mit einem RNAi-Vektor, der einen Teil der Sequenz des Gens Salutaridinol-7-O-acetyltransferase (salAT) enthielt, transformiert. Das Enzym SalAT ist an der Morphinbiosynthese beteiligt. Durch somatische Embryogenese wurden aus Kalluskulturen 16 transgene Pflanzen isoliert, die eine stark reduzierte salAT Transkriptmenge aufwiesen (real time RT-PCR). Die Analyse der Alkaloidzusammensetzung im Milchsaft über HPLC ergab eine Akkumulation der Alkaloide Salutaridin (bis zu 21,7 % aller Alkaloide) und Salutaridinol (bis zu 3,4 % aller Alkaloide) in transgenen Pflanzen. Beide Intermediate konnten nicht im Wildtyp gefunden werden. Die Analyse der Nachkommen von neun transgenen Pflanzen zeigte die Vererbbarkeit des Phänotyps. Innerhalb der Morphinbiosynthese wird Salutaridin stereospezifisch durch das Enzym Salutaridinreduktase (SalR) in einer reversiblen Reaktion zu Salutaridinol reduziert, das anschließend durch SalAT acetyliert wird. Eine Beeinflussung des salR Transkriptes konnte nicht festgestellt werden. Transgene Pflanzen wiesen zudem reduzierte Gehalte an Thebain und Codein auf, während die Mengen an Morphin und Oripavin im Vergleich zum Wildtyp vergleichbar waren. Mögliche Ursachen für den beobachteten Phänotyp werden diskutiert.

The analgesic, sedative effect of opium poppy extract is known since more than 3 centuries. It is based on the occurrence of special secondary metabolites, the alkaloids, in the plant. Papaver somniferum L. synthesizes a number of benzylisoquinoline-, morphinane- and benzo[c]phenanthridine-alkaloids. Examples are the narcotic-analgesic morphine, the antitussive codeine and the spasmolytic papaverine. In 2004, 195 metric tons of codeine and 28.8 metric tons morphine were consumed worldwide for medical purposes. These numbers demonstrate the enormous relevance of these drugs nowadays. With the exception of papaverine, that is synthesized cheaper chemically, opium poppy itself is the material of choice for the production of alkaloids. Although the enzymology of morphine biosynthesis has almost been unravelled, the regulation of the alkaloid biosynthetic processes is largely unknown. In this work, opium poppy was transformed with an RNAi vector that contained a partial sequence of the gene salutaridinol 7-O-acetyltransferase (salAT). The enzyme SalAT is involved in morphine biosynthesis. A total of 16 transgenic plants were regenerated from callus cultures by somatic embryogenesis. Real time RT PCR showed reduced salAT transcript levels in these plants. RNA interference of salAT lead to accumulation of the intermediate compounds salutaridine (up to 21.7 % of all alkaloids) and salutaridinol (up to 3.4 % of all alkaloids) in latex. Both alkaloids could not be identified in wild type plants. Analysis of the progeny of nine transgenic plants demonstrated the inheritance of the phenotype. Along the morphine biosynthetic pathway, salutaridine is stereospecifically reduced by salutaridine reductase (SalR) in a reversible reaction to salutaridinol, which is subsequently acetylated by SalAT. SalR transcript levels were found to be unaffected. Decreased concentrations of thebaine and codeine in latex were also observed, while the morphine and oripavine levels remained constant compared to concentrations found in untransformed control plants. Explanations of the observed phenotype are discussed.