Sulfur metabolism, glucosinolates and fungal resistance in Brassica

Glucosinolaten spelen geen rol als opslag te veel zwavel in koolsoorten

Taherehalsadat Aghajanzadehdivaei beschrijft in haar proefschrift het effect van de gasvormige zwavelverbindingen H2S en SO2 op de hoeveelheid en samenstelling van de glucosinolaten in wortel en spruit van twee koolsoorten, Brassica juncea en Brassica rapa, beschreven.

Brassicaceae zijn snel groeiende planten met een erg hoge zwavel behoefte. Ze bevatten een grote verscheidenheid aan zogenaamde ‘secondary compounds’ (in het Nederlands secundaire metabolieten of secundaire plantenstoffen), organische verbindingen waarvan zwavel een onderdeel is. In het bijzonder zijn het glucosinolaten, die door koolplanten worden aangemaakt. Deze zijn belangrijk als smaakstof, hebben een kankervoorkomende werking en spelen een rol bij de afweer van planten tegen ziekteverwekkende schimmels en bacteriën.

Aghajanzadehdivaei toont aan dat glucosinolaten geen rol spelen als opslag voor een teveel aan zwavel. Ze constateerde dat planten van beide koolsoorten die zonder zwavel in hun voeding werden gekweekt, hun glucosinolaatgehalte verminderden in zowel wortel als spuit. Deze vermindering ging gepaard met een reductie in expressie van genen die betrokken zijn bij de biosynthese van glucosinolaten. In contrast daarmee werden genen die een rol spelen bij de opname en verwerking van zwavel, in het bijzonder APS reductase, significant verhoogd tot expressie gebracht. Bovendien bleek dat zwaveltekort geen effect bleek te hebben op de expressie en activiteit van myrosinase, een enzym dat verantwoordelijk is voor de afbraak van glucosinolaten. Een verhoogde activiteit van dit enzym zou te zijn verwachten als de mobilisatie van zwavel uit glucosinolaten door de plant gebruikt zou worden als mechanisme om de effecten van zwaveltekort tegen te gaan. Zwaveltekort leidde naast een verlaging, ook tot een verandering in de glucosinolatensamenstelling in beide Brassica soorten. In de bladeren van planten die H2S en SO2 konden gebruiken als zwavelbron bleken geen veranderde glucosinotlaatsamenstelling te vertonen. Dit resultaat werd zowel gevonden in planten die normale zwavel voeding hadden gekregen, als in planten met een zwaveltekort. In de wortels daarentegen bleken wel veranderingen in glucosinolaatsamenstelling op te treden. Dit laatste duidt erop dat de aanwezigheid van sulfaat in het wortelmilieu essentieel is voor de synthese van sommige glucosinolaten.

Ook laten de resultaten van Aghajanzadehdivaei zien dat de indol-glucosinolaten belangrijk kunnen zijn voor de bescherming van Brassica tegen infecties van zowel Alternaria brassicola, een ziekteverwekker die specific op Brassica voorkomt, als Botrytis cinerea, een meer algemene pathogeen, die op verschillende plantenfamilies kan voorkomen. Planten die met de schimmel werden geïnfecteerd ,verhoogden hun gehalte van indol-glucosinolaten, terwijl de genen die direct bij de biosynthese van glucosinolaten (CYP79B2, CYP79B3 en CYP83B1) of een rol spelen in de regulatie van de biosynthese (MYB34 en MYB51), meer tot expressie werden gebracht. 

Taherehalsadat Aghajanzadehdivaei voerde haar onderzoek uit bij de afdeling Plantenfysiologie van GELIFES. Hierna vervolgt zij haar loopbaan als assistant professor aan een universiteit in haar geboorteland Iran.

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/9b35925a-dff0-4979-ae63-a5d24c396fef