Forschungsüberblick

Unsere computergestützten und laborbasierten Methoden beruhen auf der Generation und Analyse von großen Datensätzen („big data“). Das Thema unserer Forschung ist die Primärproduktivität von Pflanzen, insbesondere der Prozess der Photosynthese.

Nahezu sämtliches Leben auf der Erde hängt direkt oder indirekt von der Photosynthese ab. Dieser komplexe Prozess nutzt das Sonnenlicht, um CO2, NH4+, SO42- und H2O in organische Moleküle umzuwandeln. CO2 wird kontrolliert aus der Umwelt durch die Blätter aufgenommen, zunächst durch das Enzym Ribulose (RuBisCO) fixiert und dann im Calvin-Benson-Bassham-Zyklus in Zucker und andere Synthese-Bausteine umgewandelt. Die Photosynthese ist detailliert reguliert; sie akklimiert kurzfristig bei Befall mit Pathogenen, bei Fraß und bei unterschiedlichen Trocken-, Salz-, Kälte-, Hitze und Lichtbedingungen. Sie adaptiert über Generationen durch die Evolution von Anpassungen wie C4 Photosynthese oder CAM, um die Effizienz der CO2-Fixierung zu erhöhen.

Die C4 Photosynthese funktioniert wie ein Turbolader in der Photosynthese und deshalb führt ihre Präsenz zu höchst produktiven Pflanzen oder zu Pflanzen, die Dürre und/oder Salz resistent sind. C4 Photosynthese unterdrückt die wichtigste Schwäche der Rubisco, ihre O2-Sensitivität. Mit Hilfe von Transcriptomics analysieren wir die molekulare Identität von beteiligten Enzymen, Transportern und Regulatoren. Wir nehmen kinetische Modellierungen von Teilsystemen vor, um die anatomischen Anpassungen zu verstehen. Wir setzen stöchiometrische Modelle ein, um die Entwicklung der Eigenschaften in silico zu analysieren. Letztlich möchten wir in der Lage sein, den Trait der C4 Photosynthese mit synthetischer Biologie zu rekonstruieren.

Wenn wir transkriptionelle Antworten auf sich verändernde Umwelten oder Mutationen untersuchen, wollen wir nicht nur den photosynthetischen Teil der Antwort verstehen, sondern alle sich in dem Transkriptom ergebenden Veränderungen. Insbesondere versuchen wir, die „Verdrahtung“, die Informationsverarbeitung der Pflanze, zu verstehen, die die Antwort steuert. Wir versuchen ebenfalls zu klären, welche biochemischen und anatomischen Module aktiviert werden, um die sichtbaren Phänotypen hervorzubringen. Der Großteil dieser Analysen wird in Kollaborationen durchgeführt und hängt von den Interessen unserer MitarbeiterInnen ab. Nach Abschluss der Detail-Analysen binden wir die Ergebnisse in unsere größeren Modelle und Netzwerke ein.

Forschungsthemen

C4 Photosynthese


Photosynthese in ihren drei Spielarten C3 Photosynthese, C4 Photosynthese und CAM ist verantwortlich für nahezu die gesamte Speicherung von Sonnenlicht in organischen Kohlenstoffverbindungen. ...Weitere Informationen

Transkriptionelle Antworten


Um sich verändernden biotischen und abiotischen Umweltbedingungen anzupassen, verändern Pflanzen ihr Transkriptom, von dem sich das Proteom und letztlich der Phänotyp ableitet. ...Weitere Informationen

Netzwerk Analysen


Biologische Systeme sind als robuste Netzwerke konstruiert. Netzwerke auf dem Level der Transkriptome können durch die Analyse von Zeitreihen, von unterschiedlichen Geweben und von verschiedenen Bedingungen bzw. einer Kombination aller Effekte bestimmt werden. ...Weitere Informationen