The killer of Socrates exposed : Coniine in the plant kingdom

Coniine, a piperidine alkaloid, is known from poison hemlock (Conium maculatum L.), twelve Aloe species and Sarracenia flava L. Its biosynthesis is not well understood, although a possible route starts with a polyketide formed by a polyketide synthase (PKS). This study focused on identification and characterization of PKS-genes involved in coniine formation, induction of callus from plants containing hemlock alkaloids and investigation of the possibility to elicitate the alkaloid pathway in cell culture in order to understand coniine biosynthesis. Plant materials involved in different stages of this study were investigated for their alkaloid content using gas chromatography-mass spectrometry. A novel type of PKS, CPKS5, was identified as the starter candidate for the initiation of coniine biosynthesis by catalysing the synthesis of the carbon backbone from one butyryl-CoA and two malonyl-CoA moieties. When elicitated, poison hemlock cell cultures produced furanocoumarins but no piperidine alkaloids. The hemlock alkaloids are wider distributed than previously has been thought among Sarracenia, and Aloe spp. contain a new alkaloid for the genus. These results together pave the way towards possible utilization of hemlock alkaloids.

Piperidiinialkaloidi koniini tunnetaan myrkkykatkosta (Conium maculatum L.), kahdestatoista Aloe-lajista sekä Sarracenia flavalta L. Sen biosynteesiä ei kunnolla tunneta, mutta mahdollinen reitti alkaa polyketidillä, jonka on muodostanut polyketidisyntaasi (PKS). Tässä tutkimuksessa keskityttiin tunnistamaan ja karakterisoimaan PKS-geenit, jotka osallistuvat koniinin muodostukseen. Lisäksi tutkittiin koniinialkaloideja sisältävillä kasveilla kalluksen muodostusta sekä mahdollisuutta elisitoida alkaloidituotanto kasvisoluviljelmässä, jotta koniinin biosynteesiä ymmärrettäisiin paremmin. Tutkimuksen eri vaiheissa käytetty kasvimateriaalin alkaloidikoostumus tutkittiin kaasukromatografiamassaspektrometrillä. Uudenlainen PKS, CPKS5, aloittaa koniinin biosynteesin muodostamalla yhdisteen hiilirungon yhdestä butyryyli-CoA:sta ja kahdesta malonyyli-CoA:sta. Elisitoidut myrkkykatkon soluviljelmät eivät tuottaneet piperidiinialkaloideja, mutta tuottivat furanokumariineja. Katkoalkaloidit ovat laajemmalle levinneet Sarracenia-suvussa, kuin aikaisemmin on uskottu, ja Aloesta löytyi suvulle uusi alkaloidi. Näiden tulosten yhteisvaikutuksena ymmärryksemme koniinin biosynteesin selvittämisessä on mennyt eteenpäin.