Arbeitsgruppe Pflanzenphysiologie

Photosynthese, Pflanzen und Umwelteinflüsse

Wir erforschen die Biogenese von Chloroplasten und deren photosynthetische Mechanismen. Wir wollen die dem Prozess zugrunde liegenden regulatorischen Netzwerke aufklären und verstehen, wie Pflanzen Umweltschwankungen integrieren, um die photosynthetische Effizienz auch unter ungünstigen Bedingungen aufrechtzuerhalten - ein wichtiger Aspekt, der für die zu erwartenden Probleme im Zusammenhang mit dem Klimawandel von großer Bedeutung ist. Unsere Forschung trägt dazu bei, neue Konzepte für eine nachhaltige Landwirtschaft unter dem Einfluss des Klimawandels zu entwickeln.

Die strukturellen und funktionellen Grundlagen der pflanzlichen Photosynthese sind auf zellulärer und molekularer Ebene eingehend untersucht. Derzeit ist der Aufbau der photosynthetischen Komplexe innerhalb des Thylakoidmembransystems der Pflanzenchloroplasten bekannt und die Position und Koordination von Proteinen, Pigmenten, Lipiden und Co-Faktoren ist sogar auf atomarer Ebene beschrieben. Die Photosynthesemaschinerie ist jedoch nicht statisch, sondern stellt vielmehr eine hochdynamische Anordnung von Komplexen dar, die je nach Umweltbedingungen ihre Position und Zuordnung ändern. Die Photosynthesemaschinerie erfüllt also zwei Funktionen:

• Die erste Funktion der Photosynthese ist die Nutzung des Sonnenlichts und die anschließende Umwandlung in chemische Energie.
• Die zweite, weniger offensichtliche Funktion ist die Wahrnehmung der Umwelt. Der photosynthetische Prozess reagiert sehr empfindlich auf Veränderungen des Lichts, der Temperatur oder der Wasserverfügbarkeit und wird zudem stark durch den Angriff von Krankheitserregern oder Pflanzenfressern beeinträchtigt.

Wir sind besonders an der Sensorfunktion der Photosynthese interessiert, da sie viele pflanzeninterne Prozesse wie den Stoffwechsel und die Genexpression reguliert. Die Sensorfunktion steuert aber auch die photosynthetische Funktion durch regulatorische Rückkopplungsschleifen und akklimatisiert die Photosynthese an die Umweltbedingungen durch strukturelle Umstrukturierungen des photosynthetischen Apparates.

Die meisten unserer Forschungsarbeiten haben wir mit Modellorganismen wie Arabidopsis, Sinapis oder Nicotiana durchgeführt. Wir sind jedoch auch an der Untersuchung neuartiger Pflanzensysteme interessiert, die für die Biotechnologie und die Biomasseproduktion von Interesse sind. Zu diesem Zweck untersuchen wir die Photosynthese in Wasserlinsen (Lemnaceae), einer Familie von Wasserpflanzen, die unter geeigneten Bedingungen zu exponentiellem Wachstum fähig sind. Wasserlinsen sind Süßwasserpflanzen, die mit Ausnahme der polaren Lebensräume überall auf der Erde zu finden sind. Sie vermehren sich durch vegetative Spaltung und können enorme Wachstumsraten aufweisen. In den letzten Jahren werden sie intensiv auf ihre potenziellen bioökonomischen Auswirkungen in den Bereichen Lebensmittel, Futtermittel, Biomasse und biotechnologische Produktion und Anwendung untersucht. Wir untersuchen die molekularen Eigenschaften der Photosynthese von Wasserlinsen in Bezug auf Struktur und physiologische Akklimatisierung.