"Transgenic" metabolome of hop, some aspects of its development and prospects of utilization.

Abstract

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 hoř-kých a aromatických látek i s uvědoměním si nových praktických výhod GMO ve společnosti. Hop, which is mainly cultivated for the brewing industry, as a source of flavor-active secondary metabolites providing desired bitterness and aroma to beer, produces the metabolome containing compounds beneficial for human health. These are mainly prenylflavonoids as Xanthohumol, with anticancerogenic, antiangiogenic and estrogenic activities. It is the recent effort of breeders to gain new hop cultivars with higher level of Xanthohumol. It is expected that the level of these compounds which reaches just 1-2% in the best breeding materials, could be enhanced in "transgenic metabolome" introduced by the biotechnology with the use of newly identified lupulin-specific genes and transcription factors (TF) from Myb, bZip, WD40 and bHLH families that participate in their regulations. At present, we found complex character of regulation of prenylflavonoid bio-synthetic pathway including an involvement of so-called ternary and binary TF complexes, positive regulators, as well as transcription suppressor. This knowledge enables targeted hop transformation for the preparation of transgenic metabolome and makes realistic the perspective to induce metabolically active transgenic tissue cultures of hop. An effective usefulness of transgenic metabolome of hop will depend on their findings of basic research in the metabolic pathways of lupulin and social awareness with a new practical benefit of GMO, that will include successively not only production of polyphenols, but also bitter acids and aromatic compounds. Der Hopfen, der hauptsächlich für die Gärungsindustrie als die Quelle von wertvollen sekundären Metabolite des Lupulins, die dem Bier ...