Isolierung, Strukturaufklärung und Biosynthese phytotoxisch wirksamer Anathrachinon-Derivate produziert von Ramularia collo-cygni und R. uredinicola

Miethbauer, Sebastian

Aus dem phytopathogenen Pilz Ramularia collo-cygni Sutton & Waller (Verursacher der Ramularia leaf spot disease an Hordeum vulgare L.) und der hyperparasitären Art R. uredinicola Khodap. & U. Braun konnten rot und gelb gefärbte Haupt- und Nebenverbindungen isoliert, strukturell charakterisiert und der Stoffklasse der Anthrachinone zugeordnet werden. Vier dieser Verbindungen (Rubellin A-D) wurden bereits aus dem phytopathogenen Pilz Mycosphaerella rubella Niessl beschrieben. Rubellin E, F und 14-Dehydrorubellin D, die blau gefärbten Verbindungen Caeruleoramularin I und II mit einer veränderten anthranoiden Grundstruktur, sowie Uredinorubellin I und II waren bisher nicht bekannt. Weiterhin konnten die monomeren Anthrachinone Helminthosporin und Chrysophanol nachgewiesen werden. Mit dem Einbau von [1-13C]- und [2-13C]-markiertem Acetat wurde der Polyketid-Weg für die Biosynthese der Rubelline nachgewiesen. Der Einbau von [U-13C]-Glucose offenbart als Faltungsmuster der Polyketidkette den Folding-F-Mode. Der In-Vivo-Nachweis der Verbindungen (Rubellin A-D) aus infiziertem Blattmaterial deckt die Bedeutung dieser Verbindungen für die Pathogenese der Ramularia leaf spot disease auf. Saug- und Inokulationsversuche an Wirtspflanzen sowie verschiedene In-Vitro-Experimente zeigen, dass dem Wirkmechanismus der Rubelline eine photodynamische Aktivität zugrunde liegt. Es wird hauptsächlich Singulett-Sauerstoff (1O2) generiert. Die isolierten Metabolite wurden in umfassenden biologischen Untersuchungen auf ihr Wirkpotentials getestet. Mit Ausnahme von Rubellin E zeigten sie antiproliferative sowie zytotoxische Effekte im mittleren µM-Bereich. Estrogenartige und antivirale (Ausnahme Chrysophanol) Effekte konnten nicht beobachtet werden. Antibiotische Effekte konnten vor allem gegen Gram-positive Bakterien nachgewiesen werden. Es konnte weiterhin eine deutliche Verstärkung der antibiotischen sowie der zytotoxischen Wirkung unter Lichteinfluss beobachtet werden.

The fungal pathogen Ramularia collo-cygni (Cav.) Sutton & Waller (causer of the Ramularia leaf spot disease (RLSD) on barley) and the hyperparasitic fungus Ramularia uredinicola Khodap. & U. Braun produces several red and yellow coloured compounds. The substances were assigned to the chemical class of the anthraquinones. Four of these substances (rubellin A-D) were already known from the phytopathogenic fungus Mycosphaerella rubella Niessl and two further monomer anthraquinones (chrysophanol and helminthosporin) were identified. For the first time we isolated and identified the compounds rubellin E, F, 14-dehydrorubellin D, Uredinorubellin I and II, respectively. Two further substances (caeruleoramularin I and II) with a different quinonoid fundamental structure, leading to a blue colour of the molecule, were not described so far. The rubellins A-D were successfully identified in vivo in infected barley leaves, thus proofing the importance of these compounds in the pathology of RLSD. In suction and inoculation treatments on hosts, a light-dependent necrosis formation was observed. With different in vitro experiments it was shown that the rubellins are photodynamically active, the probable working principle of RLSD. Obviously different radical oxygen species are generated, mainly singlet oxygen (1O2). The ribosomal ITS region of all investigated Ramularia species providing information about the phylogenetic position of the taxa additional to their morphological identification. Feeding experiments of different 13C-labelled acetate unequivocally proofing the polyketide pathway. Moreover, feeding of 13C-labelled glucose revealed the folding-F-mode of the investigated polyketides. Antiproliferative effects were determined in middle µM ranges of the different metabolites. Neither antiviral (exception chrysophanol) nor estrogenetic effects were observed. Antibiotic effects were mainly observed with gram-positive bacteria, whereby rubellin B and D showed good effectiveness. In general, the effectiveness of the rubellins was to be classified as light-dependent in all experiments.

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Miethbauer, Sebastian: Isolierung, Strukturaufklärung und Biosynthese phytotoxisch wirksamer Anathrachinon-Derivate produziert von Ramularia collo-cygni und R. uredinicola. 2008.

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