Das Wissen über Phytohormone und deren Transport wächst permanent an, woraus sich die Notwendigkeit eines Verständnisses der molekularen Basis von Substrat und Inhibitor Interaktionen ergibt. Die Klasse der Strigolactone ist derzeit eines der Zentren der Aufmerksamkeit in diesem Zusammenhang. Die Strigolactone spielen eine Rolle als Stimulations- und Erkennungssignale in Pflanzen; die Bekanntheit über ihre regulierende Funktion in der Sprossverzweigung ist hingegen relativ neu. Im Jahr 2012 wurde der ABC-Transporter PDR1 in Petunia hybrida (PhPDR1) als Strigolactontransporter identifiziert. Die PDR Proteine gehören zur ABCG Familie, welche eine umgekehrte Topologie im Vergleich zu den anderen ABC Mitgliedern aufweist. Das wissenschaftliche Ziel dieses Projektes ist die Beleuchtung der 3D Struktur von PhPDR1. Zuerst wurde eine umfangreiche, aufgrund der mangelnden Informationen sehr herausfordernde, Untersuchung durchgeführt, um die transmembranären Domänen mit den enthaltenen Helices bzw. deren Lokalisationen zu definieren. Dazu wurden die Ergebnisse von Vorhersagetools, von multiplen Sequenzalignments und die Kenntnisse aus der Literatur kombiniert um die notwendigen Schlüsse zu ziehen. Die endgültige Wahl des Templates basierte auf einem multiplen Sequenzalignment mit den vorhandenen Kristallstrukturen der ABC-Transporter in der PDB und dem hochqualitativen, sorgfältig validierten Homologiemodell von PDR5 in Saccharomyces cerevisiae, welches auch schon als Template für ein Homologiemodell von Cdr1 in Candida albicans gedient hatte. PDR5 weist die höchste Sequenzidentität auf und wurde deshalb für die weiteren Modellingschritte ausgewählt. Die 3D Modelle wurden in der Modeller Software erstellt, die endgültige Wahl erfolgte mit Hilfe der implementierten Assessmentmethoden (molpdf, DOPE, GA341) und durch eingehende Analyse der Ramachandranplots. Im Validierungsprozess wurden die polaren Aminosäurereste der transmembranären Helices und die elektrostatischen Potenziale untersucht. Zum Schluss wurde eine kleine Dockingstudie durchgeführt, in welcher das von PhPDR1 transportierte Strigolacton Orobanchol in das finale 3D Modell gedockt wurde. Die daraus resultierenden Posen wurden in Gruppen geclustert, was zu ersten Ideen über Bindungsposen und in den Bindungsmechanismus involvierte Aminosäuren führte.

The knowledge about phytohormones and their transport is growing steadily and there is a need for an understanding of the molecular basis of substrate and inhibitor interaction. The class of strigolactones is one of the current centers of attention. They have several roles as stimulation and recognition signals in plants, but the knowledge about their regulating function in shoot branching is quite new. In 2012, the ABC transporter PDR1 in Petunia hybrida (PhPDR1) was identified as a strigolactone transporter. The PDR proteins belong to the ABCG family, which exhibits a reverse topology to the other ABC members. The scientific aim of this project is to elucidate the molecular 3D structure of PhPDR1. At first, we performed a comprehensive investigation to define the transmembrane domains, their containing helices and their locations, which was a challenging task according to the little information yet known. We combined the results extracted from prediction tools, multiple sequence alignments and information from literature to draw the determining conclusions. The final choice of the template was based on a multiple sequence alignment with the potential templates, including crystallized ABC transporters reported in the PDB and the high-quality, reliably validated homology model of PDR5 in Saccharomyces cerevisiae. The latter was already used as a template to model the 3D structure of Cdr1 in Candida albicans. PDR5 shows the highest sequence identity percentage and thus was chosen as template for further comparative modelling steps. We created the homology models with the modeller software and took the decision for a final model based on the assessment methods (molpdf, DOPE, GA341) and by careful analysis of Ramachandran plots and G-factors provided by PDBsum. In the validation process, we examined the polar residues of the transmembrane helices and the electrostatic potentials of the model to characterize the translocation chamber. Finally, we conducted a small docking study, where we docked the strigolactone orobanchol (which is evidently transported by PhPDR1) into our model and clustered the results into several groups. This led to first ideas of binding poses and amino acids which could be involved in the binding mode.