Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie

Wie die Pflanzen ihre Fotosynthese bei wechselnden Lichtbedingungen optimieren können

Die Ausgründung des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie verstärkt die F&E-Pipeline des Unternehmens

Forschende entdecken Regulationsschalter für die Körnerzahl

Kleine, bisher weitgehend unbeachtete Moleküle besitzen regulatorische Funktionen beim Stressabbau

Veränderungen im Carotinoid-Stoffwechsel können Ertrag, Nährstoffgehalt und Stresstoleranz von Pflanzen erhöhen

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.

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.

Die Aufklärung der zellulären Mechanismen, die die Stresstoleranz von Pflanzen kontrollieren, ist von erheblichem Interesse für die Züchtung neuer Kulturpflanzen, gerade unter den Bedingungen des Klimawandels. Mittels moderner Methoden der Genomforschung haben wir mehrere regulatorische Netzwerke identifiziert, die die pflanzliche Stresstoleranz sowohl in Modellpflanzen als auch ausgewählten Kulturpflanzen kontrollieren. In den kommenden Jahren wollen wir unsere Forschung verstärkt auf bisher wenig untersuchte Kulturpflanzen, beispielsweise Quinoa, ausweiten.

Die Coccolithophoride sind eine Gruppe mariner einzelliger Algen mit einem Schuppenpanzer aus Kalk. Aufgrund des Beitrags der Kalkbildung zum globalen Kohlenstoffkreislauf besitzen sie eine große ökologische Bedeutung und beeinflussen unser Klima. Die nur Mikrometer großen Schuppen sind architektonische Meisterwerke. Derart komplexe Mikrostrukturen lassen sich bislang gar nicht oder nur mit aufwendigen Verfahren herstellen. Der Mechanismus der Schuppenbildung besitzt das Potential, die Synthese von Materialien für die Nanotechnologie zu revolutionieren und Klimavorhersagen zu verbessern.