Advances in data analysis in Metabolomics: towards a dynamic view of responses in plant cell cultures

Inhaltsstoffanalysen (metabolite profiling) in pflanzlichen Zellkulturen, die sich unter Stress befinden, tragen nicht unerheblich zum Verständnis der biologischen Mechanismen der Stressantworten der Pflanzen durch die Identifizierung von Produkten des Stressstoffwechsels, der Signaltransduktion oder von Molekülen, die an adaptiven Reaktionen beteiligt sind, bei. Darüber hinaus kann die zielgerichtete (targeted) und nicht zielgerichtete (non-targeted) Inhaltsstoffanalyse heutzutage eine komplexe Sicht auf die Reaktion des pflanzlichen Stoffwechsels auf einen bestimmten Stimulus liefern. Um solche komplexen biologischen Phänomene umfassend zu modellieren, ist es wichtig das zeitabhängige Verhalten des Zellstoffwechsels als Reaktion auf äußere Reize zu analysieren. Eine Einzelpunktmessung liefert tatsächlich nur eine Momentaufnahme des zellulären Zustands, in dem nicht alle dynamischen Informationen erfasst werden. In dieser Hinsicht wird erwartet, dass die Inhaltsstoffanalysen von hochaufgelösten Zeitprofilen in der Phase der Datenanalyse weit mehr Informationen liefert als eine Reihe von Messungen, die nur zu wenigen Zeitpunkten gesammelt wurden. Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der metabolischen Reaktion von Weinzellkulturen nach Gabe eines externen Stimulus, der die Interaktion mit Umweltfaktoren nachahmt. Die vorliegende Doktorarbeit beschreibt zunächst die Optimierung der Probenvorbereitungsmethode, des Extraktionsprotokolls und der gezielten Inhaltsstoffanalyse der aus den Traubenzellen isolierten Verbindungen. Dieses optimierte Protokoll wurde dann angewendet, um die langfristige dynamische Antwort von aus Weinreben (Vitis vinifera cv. Gamay) gewonnenen Zellsuspensionskulturen zu untersuchen. Das biologische System wurde unter der Behandlung von Methyljasmonat oder Natriumnitroprussid untersucht. Generalisierte additive Modelle wurden angewendet, um das zeitabhängige Profil von Sekundärmetaboliten in den Suspensionskulturen zu untersuchen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Ansatz, generalisierter additiver Modelle und Inhaltsstoffanalysen anzuwenden, eine effektive Methode sein könnte, um die vollständigen zeitabhängigen Veränderungen von Sekundärmetaboliten und deren Reaktionen auf externe Stimuli in Pflanzenzellen zu untersuchen und so die Grundlagen für weitere integrative Omics-Studien zu legen.