Effect of Prohexadione-Ca on Various Fruit Crops: Flavonoid Composition and Substrate Specificity of their Dihydroflavonol 4-Reductases

In pome fruit trees, the growth retardant prohexadione-Ca induces the formation of 3-deoxycatechins, which correlates with an increased resistance against fire blight and also against some fungal diseases. The formation of 3-deoxycatechins is due to the channelling of intermediates unusual for pome fruits, which requires the presence of a flavanone 4-reductase (FNR) activity. Here, it is investigated, whether the crop plants strawberry, grapevine, cranberry, cherry, peach, plum, elder, and kiwi fruit react in the same way to prohexadione-Ca application. The presence of FNR activity is shown by enzymatic investigations and the formation of a 3-deoxycatechin after prohexadione-Ca application in planta. Furthermore, by cloning of the corresponding cDNAs and studies with the heterologously expressed enzymes it is shown that the DFR enzymes of grapevine, cranberry and strawberry posses also FNR activity. Conclusively, all the crop plants studied have the potential to form 3-deoxyflavonoids. However, the changes in the flavonoid composition observed after prohexadione-Ca treatment were not exactly the same in all species studied here. In kiwi fruit leaves, a strong accumulation of flavanones rather than the formation of large amounts of 3-deoxycatechins is observed. Der Wachstumsregulator Prohexadion-Ca kann bei Kernobst die Bildung von 3-Deoxyflavonoiden induzieren, was mit einer erhöhten Resistenz gegen Feuerbrand, aber auch gegen Pilzerkrankungen einhergeht. Das Vorhandensein einer Flavanon 4-Reduktase ist hierbei entscheidend für die Umlenkung von Intermediaten in Richtung der 3-Deoxycatechine. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob weitere Obstarten wie Erdbeere, Weinrebe, Cranberry, Kirsche, Pfirsich, Pflaume, Holunder und Kiwi gleichermaßen auf eine Prohexadion-Ca Anwendung reagieren. FNR-Aktivität wurde enzymatisch und durch die Bildung eines 3-Deoxycatechins nach Behandlung mit Prohexadion-Ca nachgewiesen. Darüber hinaus wurde durch cDNA-Klonierung und heterologe Expression gezeigt, dass die DFR-Enzyme von Wein, Cranberry und Erdbeere auch FNR-Aktivität besitzen. Generell wurde nachgewiesen, dass alle untersuchten Pflanzen das Potential haben, 3-Deoxyflavonoide zu bilden. Die Veränderungen im Flavonoidstoffwechsel nach Prohexadion-Ca Behandlung waren allerdings in den untersuchten Pflanzen unterschiedlich und führten beispielsweise in Kiwi zu einer starken Akkumulation von Flavanonen.