Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie

Durchbruch im Verständnis biochemischer Netzwerke

Reparatur von Doppelstrangbrüchen in der Kern-DNA bietet wirksamen Schutz gegen die Integration fremder DNA aus Chloroplasten

Forschende finden Genaktivator-Komplex für den Nährstoffaustausch zwischen Pflanzen und Pilzen

„Dynamic GP“ verbessert Genauigkeit der Vorhersage agronomisch relevanter Merkmale

Proteine in Hülle von Zellfortsätzen regulieren die Fähigkeit der Zellen, auf Oberflächen zu haften

Max-Planck-Forschende kooperieren mit Partnern in mehr als 120 Ländern. Hier schreiben sie über ihre persönlichen Erfahrungen und Eindrücke. Alban Mariette vom Potsdamer Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie erforscht, wie Pflanzen ihre Zellwände aufbauen. Im Rahmen des Melbourne-Potsdam PhD Programme (MelPoPP) verbringt er zwei Jahre in Australien. Er erzählt, wie er die Zeit des Lockdowns erlebt hat, berichtet von seiner Work-Life-Balance als Doktorand und schwärmt von der großartigen australischen Landschaft.

Trockenheit, Hitze, gleißende Sonne. Eine Wüste ist ein Lebensraum der Extreme. Wenn eine Pflanze hier überleben will, muss sie ganz schön was aushalten – erst recht, wenn sie eine Alge ist. Haim Treves untersucht zusammen mit Mark Stitt und seinem Team am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie im Potsdamer Ortsteil Golm, wie sich die Alge Chlorella ohadii an die extremen Lebensbedingungen der Wüste angepasst hat.

Die Fabrik der Zukunft wächst auf dem Acker – zumindest wenn es nach Ralph Bock und seinem Team am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm geht. Die Forscher und Forscherinnen wollen Pflanzen zu Produktionsstätten für Substanzen machen, die sonst nur aufwendig und teuer herzustellen sind. Eine zuletzt eher verpönte Pflanze könnte dabei eine unerwartete Renaissance erleben.

Die kommerzielle Anwendung seiner Forschung hatte er nie im Blick. Trotzdem hat Lothar Willmitzer drei Unternehmen in seinem Forscherleben gegründet. Dass seine Forschung auch dem Menschen zugutekommt, freut den Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam besonders.

Wenn Pflanzenpollen eine Eizelle befruchtet, müssen das Erbgut im Kern und das in den Chloroplasten miteinander harmonieren. Stephan Greiner vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm bei Potsdam möchte herausfinden, welche Faktoren in den Chloroplasten die Kreuzung von Pflanzenarten verhindern. Er untersucht dazu eine Modellpflanze, die es mit der Artgrenze nicht so genau nimmt: die Nachtkerze.

Pflanzenzellen stehen unter Druck. Starre Zellwände ermöglichen es ihnen, diesem inneren Druck, dem sogenannten Turgor, standzuhalten. Mein Team und ich untersuchen, wie Pflanzen diese mechanischen Kräfte wahrnehmen und wie sie die physikalischen Eigenschaften ihrer Zellwände anpassen, um ihr Wachstum als Reaktion auf diese Kräfte zu regulieren. Da der Großteil der Biomasse auf der Welt aus Zellwänden besteht und deren Eigenschaften das Pflanzenwachstum bestimmen, ist dieses Forschungsgebiet auch von großer wirtschaftlicher Bedeutung.

Pflanzen müssen an ihrem Standort dem Wetter trotzen. Immer extremer werdende Hitzewellen und Kälteeinbrüche bringen aber mittlerweile selbst die robustesten Pflanzen an ihre Grenzen. Wir untersuchen, wie Chloroplasten als kleine Sonnenkraftwerke der Pflanzen helfen, solche Temperaturschwankungen zu überstehen. Dabei entschlüsseln wir die komplexen Wechselspiele, die in Pflanzenzellen zwischen dem Erbgut des Zellkerns und dem der Chloroplasten ablaufen. Unsere Erkenntnisse liefern das Fundament dafür, gezielt Nutzpflanzen zu züchten, die für die kommenden Klimaveränderungen gewappnet sind.

Aufgrund des Klimawandels und der steigenden Nachfrage nach hochwertigen Lebensmitteln ist es von entscheidender Bedeutung, die grundlegenden Mechanismen zu verstehen, die das Pflanzenwachstum steuern, um besonders die Kultivierung von Nutzpflanzen weltweit zu verbessern. Durch die Kombination von Genetik, systembiologischen Ansätzen, Hochdurchsatz-Bildgebungsverfahren und mathematischer Modellierung konnten wir die molekularen Hauptakteure bei der Kontrolle des Pflanzenwachstums im Zuge der Reaktion auf wechselnde Umweltbedingungen identifizieren.

Mütter vererben mehr Erbinformation an ihre Nachkommen als Väter, da das weibliche Geschlecht über die Eizelle auch Zellbestandteile mit eigenem Erbgut weitergibt, nämlich Mitochondrien und Chloroplasten. Bei der Nachtkerze (Oenothera) können Chloroplasten inklusive ihrer Gene aber auch über den Pollen des Vaters übertragen werden. Dies macht einen Konflikt zwischen den Geschlechtern sichtbar, bei dem es darum geht, wessen Gene sich durchsetzen. Durch die Identifikation eines Enzyms des Fettsäurestoffwechsels konnten wir erstmalig zeigen, wie der „Kampf der Geschlechter“ ausgetragen wird.

Wechselwirkungen zwischen den Genomen von Elternpflanzen können bei ihren Nachkommen zu schlechteren Leistungen und reduzierter Anpassungsfähigkeit an die Umwelt (Fitness) führen. Mittels moderner Methoden der Genomforschung konnten wir bei Arabidopsis thaliana zeigen, dass an dieser Hybridinkompatibilität nicht nur Gene beteiligt sind, die für die Anpassungsfähigkeit wichtig sind, sondern auch solche, die grundlegende Prozesse mitbestimmen. Wie diese Gene funktionieren und welche Rolle sie bei der Standortanpassung und für die Evolution spielen, werden wir genauer untersuchen.