Projektbeschreibung
Studien zum Betalain-Syntheseweg geben Aufschluss über die Evolution molekularer Komplexität
Die Untersuchung der konvergenten Evolution kann der Wissenschaft helfen, die genetischen Grundlagen der wiederholten Entstehung und Optimierung eines Stoffwechselvorgangs besser zu verstehen. Das zentrale Enzym des Betalain-Synthesewegs, die 4,5-DOPA-Dioxygenase Extradiol (DODA), hat sich beispielsweise viermal durch Genduplikation und Neofunktionalisierung entwickelt. Das EU-finanzierte Projekt ConvergentDODA wird die molekularen Grundlagen der wiederholten Evolution der L-DOPA-Dioxygenase-Aktivität erklären und die molekularen Evolutionspfade hinter den unterschiedlichen enzymatischen katalytischen Profilen bei verschiedenen Ursprüngen der Betalain-Synthese bestimmen. Durch die Erforschung der molekularen Grundlagen der konvergenten Evolution einer hohen DODA-Aktivität wird sich das Projekt mit zentralen Fragen der Evolutionsbiologie befassen, wie beispielsweise der Rolle der parallelen Evolution, der Epistase, des adaptiven Zwangs und der Kontingenz.
Ziel
As sessile organisms, plants have evolved a diverse array of specialized metabolites to respond to their environments. Specialised metabolites are frequently restricted to particular plant lineages, such as the specialised betalain pigments, which are unique to the flowering plant order Caryophyllales - betalains will be familiar as the colour of beetroot. However there are also striking examples of convergent evolution, with the same specialized metabolites emerging independently in different lineages. The host laboratory has recently shown that the betalain biosynthesis pathway has evolved multiple times within Caryophyllales. Underpinning four convergent origins of betalain pigmentation, the central enzyme in the betalain pathway, 4,5-DOPA-extradiol -dioxygenase (DODA), has evolved four times via gene duplication and neofunctionalization. Preliminary data indicate that DODA enzymes from different origins have distinct kinetic profiles, of significance to biotechnology. In the proposed research, I will elucidate the molecular basis underlying the repeated evolution of L-DOPA dioxygenase activity, and resolve the molecular evolutionary trajectories underlying different enzymatic catalytic profiles across different origins of betalain synthesis. Convergent evolution provides a natural experiment in understanding the genetic basis of repeated emergence and optimization of a metabolic pathway. In exploring the molecular basis of the convergent evolution of high DODA activity, I expect to address many central questions in evolutionary biology, including the respective roles of parallel evolution, epistasis, adaptive constraint, and contingency, in the evolution of molecular complexity.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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