Kvasny Prum. 2012; 58(1): 13-19 | DOI: 10.18832/kp2012003

"Transgenní" metabolom chmelu, některé aspekty jeho přípravy a perspektivy využití.Recenzovaný článek

Jaroslav MATOUŠEK
Biologické centrum AV ČR v.v.i., Ústav molekulární biologie rostlin, Oddělení molekulární genetiky, Branišovská 31, 370 05 České Budějovice

Chmel, který je pěstován hlavně pro kvasný průmysl jako zdroj cenných sekundárních metabolitů lupulinu dodávajících pivu charakteristickou hořkost a aroma, produkuje metabolom obsahující látky s protinádorovou, antiangiogenní i estrogenní aktivitou, kam patří zejména prenylflavonoidy jako xanthohumol. Získat odrůdy s vyšším obsahem xanthohumolu proto patří k současnému úsilí šlechtitelů. Předpokládá se, že hladinu těchto látek, která se pohybuje u nejlepších šlechtitelských materiálů v intervalu 1-2%, by pomohl zvýšit "transgenní metabolom" s využitím biotechnologie pomocí nově identifikovaných lupulin-specifických genů i transkripčních faktorů z rodin Myb, bZip, WD40 a bHLH a WRKY, které se podílejí na jejich regulacích. V současnosti byl na základě našich studií zjištěn komplexní charakter regulace biosyntetické dráhy prenylflavonoidů s účastí tzv. ternárních i binárních komplexů, pozitivních regulátorů i supresoru transkripce. Tyto poznatky umožní cílené transformace chmelu pro přípravu transgenního metabolomu i s perspektivou indukce metabolicky aktivních transgenních pletiv v tkáňových kulturách. Faktická využitelnost transgenního metabolomu chmelu půjde ruku v ruce s poznatky základního výzkumu o metabolických drahách lupulinu, které budou postupně zahrnovat nejen produkci polyfenolů, ale i hořkých a aromatických látek i s uvědoměním si nových praktických výhod GMO ve společnosti.

Klíčová slova: český chmel, lupulin, regulační faktory, transgenose, protirakovinné látky, biotechnologie

Vloženo: 16. srpen 2011; Přijato: 3. říjen 2011; Zveřejněno: 1. leden 2012 

Reference

  1. Batista, D., Fonseca, S., Serrazina, S., Figueiredo, A., Maria Salome´Pais, M. S., 2008: Efficient and stable transformation of hop (Humulus lupulus L.)var. Eroica by particle bombardment. Plant. Cell Rep. 27: 1185-1196. Přejít k původnímu zdroji...
  2. Batista, D., Sousa, M. J., Pais, M. S. 1996: Plant regeneration from stem and petiole-derived callus of Humulus lupulus L. (hop) clone Branganca and var. Brewers's Gold. In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant 32: 37-41. Přejít k původnímu zdroji...
  3. Baudry, A., Heim, M. A., Dubreucq, B., Caboche, M., Weisshaar, B., Lepiniec, L, 2004: TT2, TT8, and TTG1 synergistically specify the expression of BANYULS and proanthocyanidin biosynthesis in Arabidopsis thaliana. Plant J. 39: 366-380. Přejít k původnímu zdroji...
  4. Benfey, P. N., Chua, N. H., 1990: The cauliflower mosaic virus 35S promoter: combinatorial regulation of transcription in plants. Science 250: 959-966. Přejít k původnímu zdroji...
  5. Bolca, S., Wyns, C., Possemiers, S., Depypere, H., De Keukeleire, D., Bracke, M., Verstraete, W., Heyerick, A., 2009: Cosupplementation of isoflavones, prenylflavonoids, and lignans alters human exposure to phytoestrogen-derived 17 beta-estradiol equivalents. J. Nutrit. 139: 2293-2300. Přejít k původnímu zdroji...
  6. Bolca, S., Li, J., Nikolic, D., Roche, N., Blondeel, P., Possemiers, S., De Keukeleire, D., Bracke, M., Heyerick, A., van Breemen, R. B., Depypere, H., 2010: Disposition of hop prenylflavonoids in human breast tissue. Mol. Nutr. Food Res. 52: 284-294. Přejít k původnímu zdroji...
  7. Broun, P., Liu, Y., Queen, E., Schwarz, Y., Abenes, M. L., Leibman, M., 2006: Importance of transcription factors in the regulation of plant secondary metabolism and their relevance to the control of terpenoid accumulation. Phytochem. Rev. 5: 27-38. Přejít k původnímu zdroji...
  8. Du, H., Huang, Y., Tang, Y.. 2010: Genetic and metab. engineering of isoflavonoid biosynthesis. Appl Microbiol. Biotechnol. 86: 1293-1312. Přejít k původnímu zdroji...
  9. Erkkola, R., Vervarcke, S., Vansteelandt, S., Rompotti, P., De Keukeleire, D., Heyerick, A., 2010: A randomized, double-blind, placebocontrolled, cross-over pilot study on the use of a standardized hop extract to alleviate menopausal discomforts. Phytomedicine 17: 389-396. Přejít k původnímu zdroji...
  10. Fortes, A. M., Santos, F., Choi, Y. H., Silva, M. S., Figueiredo, A., Sousa, L., Pessoa, F., Santos, B. A., Sebastiana, M., Palme, K., Malhó, R., Verpoorte, R., Pais, M.S., 2008: Organogenic nodule development in hop (Humulus lupulus L.):Transcript and metabolic responses. BMC Genomics 9: 445. Přejít k původnímu zdroji...
  11. Gatica-Arias, A., Stanke, M., Born, U., Aldinger, C., Höhnle, M., Farag, M., Matoušek, J., 2012: Wessjohann, L., Weber, G., Flavonoid production in transgenic hop (Humulus lupulus L.) altered by PAP1/ MYB75 from Arabidopsis thaliana L. Plant Cell Reports, in press. Přejít k původnímu zdroji...
  12. Heyerick, A., Vervarcke, S., Depypere, H., Bracke, M., De Keukeleire, D., 2006: A first prospective, randomized, double-blind, placebo-controlled study on the use of a standardized hop extract to alleviate menopausal discomforts. Maturitas 54: 164-175. Přejít k původnímu zdroji...
  13. Hichri, I., Barrieu, F., Bogs, J., Kappel, C., Delrot, S., Lauvergeat, V., 2011: Recent advances in the transcriptional regulation of the flavonoid biosynthetic pathway. J. Exp. Bot. 62: 2465-2483. Přejít k původnímu zdroji...
  14. Horlemann, C., Schwekendiek, A., Hohnle, M., Weber, G., 2003: Regeneration and Agrobacterium-mediated transformation of hop (Humulus lupulus L.). Plant Cell Rep. 22: 310-217. Přejít k původnímu zdroji...
  15. Lutz, A., Kneidl, J., Seefelder, S., Kammhuber, K., Seigner, E., 2011: Trends in hop breeding - new aroma and bitter qualities at the hop research center huell Proceedings of the Scientific Commission in: Seigner, E. (ed), International Hop Growers Convention, s. 14, Lublin, Poland, 19-23 June, 2011
  16. Magalhaes, P. J., Carvalho, D. O., Cruz, J. M., Guido, L. F., Barros, A. A., 2009: Fundamentals and health benefits of xanthohumol, a natural product derived from hops and beer. Nat. Prod. Commun. 4: 591- 610. Přejít k původnímu zdroji...
  17. Matoušek, J., 2001: "Ozdravné" pivo [Medicinal" beer]. Kvasny Prum. 47: 330-332.
  18. Matoušek, J., Novák, P., Bříza, J., Patzak, J., Niedermeierová, H., 2002a: Cloning and characterisation of chs-specific DNA and cDNA sequences from hop (Humulus lupulus L.). Plant Sci. 162: 1007-1018. Přejít k původnímu zdroji...
  19. Matoušek, J., Novák, P., Patzak, J., Bříza, J., Krofta, K., 2002b: Analysis of true chalcone synthase from Humulus lupulus L. and biotechnology aspects of medicinal hops. Rostlinná výroba 48: 7-14. Přejít k původnímu zdroji...
  20. Matoušek, J., Vrba, L., Novák, P., De Keukeleire, J., Škopek, J., Heyerick, A., Roldán-Ruiz, I., De Keukeleire, D., 2005: Cloning and molecular analysis of regulatory factor Hlmyb1 in hop (Humulus lupulus L.) and the potential of hop to produce bioactive prenylated flavonoids. J. Agric. Food Chem. 53: 4793-4798. Přejít k původnímu zdroji...
  21. Matoušek, J., 2006: "Ozdravné" látky a molekulární analýza chmelových genů [Medicinal" compounds and molecular analysis of hop genes]. Kvasny Prum. 52: 38-40. Přejít k původnímu zdroji...
  22. Matoušek, J., Vrba, L., Škopek, J., Orctová, L., Pešina, K., Heyerick, A., Baulcombe, D., De Keukeleire, D., 2006: Sequence analysis of a "true" chalcone synthase (chs_H1) oligofamily from hop (Humulus lupulus L.) and PAP1 activation of chs_H1 in heterologous systems. J. Agric. Food Chem. 54: 7606-7615. Přejít k původnímu zdroji...
  23. Matoušek, J., Kocábek, T., Patzak, J., Škopek, J., Maloukh, L., Heyerick, A., Fussy, Z., Roldán-Ruiz, I., De Keukeleire, D., 2007: HlMyb3, a putative regulatory factor in hop (Humulus lupulus L.), shows diverse biological effects in heterologous transgenotes. J. Agric. Food Chem. 55: 7767-7776. Přejít k původnímu zdroji...
  24. Matoušek, J., Kocábek, T., Patzak, J., Stehlík, J., Füssy, Z., Krofta, K., Heyerick, A., Roldán-Ruiz, I., Maloukh, L., De Keukeleire D., 2010: Cloning and molecular analysis of HlbZip1 and HlbZip2 transcription factors putatively involved in the regulation of the lupulin metabolome in hops (Humulus lupulus L.). J. Agric. Food Chem. 58: 902-912. Přejít k původnímu zdroji...
  25. Matoušek, J., Patzak, J., Kocábek, T., Fussy, Z., Stehlík, J., Orctová, L., Durajsamy, G., 2011: Functional analyses of lupulin gland-specific regulatory factors from WD40, bHLH and Myb families of hop (Humulus lupulus, L.) show formation of crucial complexes activating chs_H1 genes. Proceedings of the Scientific Commission in: Seigner, E. (ed), International Hop Growers Convention, s. 54>57, Lublin, Poland, 19-23 June, 2011.
  26. Matzke, A. J. M., Neuhuber, F., Park, Y. D., Ambros, P. F., Matzke, M. A., 1994: Homology-dependent gene silencing in transgenic plants: epistatic silencing loci contain multiple copies of methylated transgenes. Mol. Gen. Genet. 244: 219-229. Přejít k původnímu zdroji...
  27. Nagel, J., Culley, L. K., Lu, Y., Liu, E., Matthews, P. D., Stevens, J. F., Page, J. E., 2008: EST analysis of hop glandular trichomes identifies an O-Methyltransferase that catalyzes the biosynthesis of xanthohumol. The Plant Cell 20: 186-200. Přejít k původnímu zdroji...
  28. Nesvadba, V., Krofta, K., Poloncikova, Z., 2011: New knowledge in czech hop breeding. Proceedings of the Scientific Commission in: Seigner, E. (ed), International Hop Growers Convention, s. 15-18, Lublin, Poland, 19-23 June, 2011.
  29. Okada, Y., Ito, K., 2001: Cloning and analysis of valerophenone synthase gene expressed specifically in lupulin gland of hop (Humulus lupulus L.). Biosci.Biotechnol. Biochem. 65: 150-155. Přejít k původnímu zdroji...
  30. Oriniaková, P.,Matoušek, J., 1996: Viroid infection of hop (Humulus lupulus L.) mediated by Agrobacterium tumefaciens and conditions for hop transformation. Rostlinná výroba 42: 233-239.
  31. Pattanaik, S., Xie, C. H., Kong, Q., Shen, K. A., Yuan, L., 2006: Directed evolution of plant basic helix-loop-helix transcription factors for the improvement of transactivational properties. Biochimica et Biophysica Acta 1759: 308-318. Přejít k původnímu zdroji...
  32. Patzak, J., 2011: Molecular mapping of qtls for xanthohumol and dmx contents in hop. Proceedings of the Scientific Commission in: Seigner, E. (ed), International Hop Growers Convention, s. 40-44, Lublin, Poland, 19-23 June, 2011.
  33. Patzak, J., Vrba, L., Matoušek, J., 2007: New STS molecular markers for assessment of genetic diversity and DNA fingerprinting in hop (Humulus lupulus L.). Genome 50: 15-25. Přejít k původnímu zdroji...
  34. Possemiers, S., Heyerick, A., Robbens, V., De Keukeleire, D., Verstraete, W., 2005: Activation of proestrogens from hops (Humulus lupulus L.) by intestinal microbiota; Conversion of isoxanthohumol into 8-prenylnaringenin. J. Agric. Food Chem. 53: 6281-6288. Přejít k původnímu zdroji...
  35. Possemiers, S., Bolca, S., Verstraete, W., Heyerick, A., 2011: The intestinal microbiome: A separate organ inside the body with the metabolic potential to influence the bioactivity of botanicals. Fitoterapia 82: 53-66. Přejít k původnímu zdroji...
  36. Potenza, C., Aleman, L., Sengupta-Gopalan, C., 2004: Targeting transgene expression in research, agricultural, and environmental applications: promoters used in plant transformation. In Vitro Cellular and Developmental Biology Plant 40: 1-22. Přejít k původnímu zdroji...
  37. Rakouský, S., Matoušek, J., 1994: Direct organogenesis in hopa prerequisite for an application of A. tumefaciens-mediated transformation. Biol. Plant. 36: 191-200. Přejít k původnímu zdroji...
  38. Ramsay, N. A., Glover, B. J., 2005: MYB-bHLH-WD40 protein complex and the evolution of cellular diversity.Trends Plant Sci 10: 63-70. Přejít k původnímu zdroji...
  39. Robbins, R. J., Ratcliffe, R. G., 1984: Intracellular distribution of phosphate in cultured Humulus lupulus cells growing at elevated exogenous phosphate concentrations. Plant Cell Rep. 3: 234-236. Přejít k původnímu zdroji...
  40. Sehnal, F., Drobník, J., 2009: White Book, Genetically Modified Crops, EU Regulations and Research Experience from The Czech Republic, Biology Centre of the Academy of Sciences of the Czech Republic, v. v. i., ISBN 978-80-86668-05-3.
  41. Schwekendiek, A., Spring, O., Heyerick, A., Pickel, B., Pitsch, N. T., Peschke, F., De Keukeleire, D., Weber, G., 2007: Constitutive expression of a grapevine stilbene synthase gene in transgenic hop (Humulus lupulus L.) yields resveratrol and its derivatives in substantial quantities. J. Agric. Food Chem. 55: 7002-7009. Přejít k původnímu zdroji...
  42. Tsurumaru, Y., Sasaki, K., Miyawaki, T., Momma, T., Umemoto, N., Yazaki, K., 2010: An aromatic prenyltransferase-like gene HlPT-1 preferentially expressed in lupulin glands of hop. Plant Bitech. 27: 199-204. Přejít k původnímu zdroji...
  43. Van Cleemput, M., Cattoor, K., De Bosscher, K., Haegeman, G., De Keukeleire, D., Heyerick, A., 2009: Hop (Humulus lupulus)-Derived Bitter Acids as Multipotent Bioactive Compounds. J. Nat. Prod. 72: 1220-1230. Přejít k původnímu zdroji...
  44. Weber, E., Engler, C., Gruetzner, R., Werner, S., Marillonnet, S., 2011: A modular cloning system for standardized assembly of multigene constructs. Plos One 6: 1-11. Přejít k původnímu zdroji...
  45. Yu., O., Jung, W., Shi, J., Croes, R. A., Fader, G. M., McGonigle, B., Odell, J.T., 2000: Production of the isoflavones genistein and daidzein in non-legume dicot and monocot tissues. Plant Physiology 124: 781-793. Přejít k původnímu zdroji...
  46. Zanoli, P., Zavatti, M., 2008: Pharmacognostic and pharmacological profile of Humulus lupulus L. J. Ethnopharmacol. 116: 383-396. Přejít k původnímu zdroji...

Zpět na obsah