Max-Planck-Gesellschaft

Profil des Instituts

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Profil

Wir möchten herausfinden, ob und wie detailliertes, an Modellpflanzen gewonnenes Verständnis von molekularen Mechanismen zu gezielten Merkmalsveränderungen von Nutzpflanzen eingesetzt werden kann.

In der Abteilung Entwicklungsbiologie der Pflanzen (George Coupland) werden primär die molekularen Mechanismen studiert, wie Umwelteinflüsse die pflanzliche Entwicklung steuern. Das Hauptinteresse gilt dabei denjenigen Mechanismen, die den Übergang zur Blühphase in Reaktion auf Umweltreize und die vielfältigen Reaktionsmuster bei der Blütenbildung kontrollieren. Die Mitarbeiter der Abteilung setzen dabei molekulargenetische, biochemische und zellbiologische Methoden bei der Modellpflanze Arabidopsis thaliana ein, um die Rolle von Schlüsselproteinen bei der Regulation der Blütenbildung zu untersuchen. Forschungsschwerpunkte sind Mechanismen, die Pflanzen in die Lage versetzen, jahreszeitliche Änderungen der Tageslänge wahrzunehmen und als Antwort darauf die Blütenbildung einzuleiten. Daneben wird die Rolle der endogenen zirkadianen Uhr, die Bedeutung von Chromatinstrukturen bei der Kontrolle von den Blühzeitpunkt regulierenden Genen und der Einfluss von Modulierungen der Regulatorproteine durch Phosphorylierungen oder Anfügen des kleinen Proteins Ubiquitin untersucht. Wie haben sich diese Prozesse in anderen Pflanzenarten entwickelt? Hier liegt der Fokus insbesondere auf 1) den Modifizierungen der mit dem Blühvorgang verbundenen Stoffwechselwege während der Domestikation von Gerste, 2) Studien, wie diese Stoffwechselwege auf abiotischen Stress, z.B. Trockenheit, reagieren, und 3) den Mechanismen, die während der unterschiedliche Lebensformen, z.B. Mehrjährigkeit, durch Änderungen bei der Regulation des Blühzeitpunktes hervorgebracht haben.

Die Forschungsaktivitäten in der Abteilung Pflanze-Mikroben Interaktionen (Paul Schulze-Lefert) befassen sich mit den grundlegenden molekularen Vorgängen in Interaktionen von Pflanzen und pathogenen Mikroorganismen. Im Brennpunkt der Forschung stehen das pflanzliche Immunsystem und die Mechanismen mikrobieller Pathogenese. Mit Hilfe eines integrierten Forschungsansatzes, der Wissenschaftsdisziplinen wie Genetik, Biochemie, Molekularbiologie und Zellbiologie miteinander kombiniert, werden insbesondere Wechselwirkungen von Pflanzen mit Pilzen untersucht.
Obwohl der Aufbau des pflanzlichen Immunsystems eine effiziente Verteidigung gegen die Mehrzahl pathogener Mikroorganismen sicherstellt, gelingt es dennoch wenigen Angreifern, der Erkennung durch pflanzliche Immunrezeptoren zu entgehen oder Immunantworten zu unterdrücken. Ein wesentliches Ziel der Arbeiten ist die Erstellung eines regulatorischen Netzwerks des pflanzlichen Immunsystems, mit dem langfristig molekulare Simulationen und Vorhersagen durchgeführt werden können. Letztendlich kann die Kenntnis der Logik des pflanzlichen Immunsystems Grundlage für zukünftige rationale Pflanzenzüchtung mit dem Ziel eines verbesserten Pflanzenschutzes sein.

Zentrale Themen der Forschung in der Abteilung Vergleichende Entwicklungsgenetik (Miltos Tisiantis) sind morphogenetische Prozesse, die zur Formbildung der Pflanze führen und die evolutionären Mechanismen, die der natürlichen Formenvielfalt zugrunde liegen. Cardamine hirsuta wurde hierfür als Modellsystem entwickelt. In vergleichenden Studien mit der verwandten Referenz-Pflanze Arabidopsis thaliana und weiteren Arten soll das Spektrum der natürlichen Variation analysiert werden. In Kombination von Genetik, bildgebenden Verfahren, Genomik und Computermodellierung sollen Voraussagen über die Entwicklung biologischer Formen und ihrer Diversifikation möglich werden.

In der Abteilung Chromosomenbiologie (Raphael Mercier) wird der Motor der Vererbung, die Meiose, erforscht. Die Meiose ist eine besondere Form der Zellteilung und ein wichtiges Ereignis im Lebenszyklus sich sexuell fortpflanzender Organismen, in der genetische Informationen durchmischt werden. Die Meiose steht somit im Zentrum der Vererbung und ist der Motor für die Evolution von Eukaryoten - von den Tieren bis zu den Pflanzen. Die Abteilung für Chromosomenbiologie am MPIPZ nutzt modernste Technologien in den Bereichen Mikroskopie, Genetik und Genomik, um die Mechanismen und Auswirkungen der Meiose aus verschiedenen Perspektiven zu erforschen.

Das Institut gibt jungen, talentierten Wissenschaftlern aus verschiedenen Bereichen Gelegenheit, sich als Leiter von Unabhängigen Forschergruppen zu bewähren, und ergänzt und erweitert auf diese Weise die Forschungsschwerpunke in den Abteilungen. Diese Gruppen arbeiten unabhängig von den Abteilungen und können in einem Zeitraum von 5 Jahren eigene Forschungsthemen bearbeiten.

Servicegruppen arbeiten ebenfalls unabhängig von den Abteilungen. Die leitenden Wissenschaftler bearbeiten eigene Forschungsthemen und leisten in Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen innerhalb und außerhalb des Institutes einen Service in Bereichen wie bildgebende Verfahren, Massenspektrometrie und Biologische Sicherheit.

Zukünftige Ausrichtung

Die Entwicklung von neuen DNA Sequenzierungstechnologien (next generation sequencing) eröffnet der Genomforschung auf dem Gebiet der Biodiversität neue Perspektiven. Zurzeit nutzt das Institut diese Technologie zur Sequenzierung des Genoms mehrerer pathogener Pilzarten und von Arabis alpina; ebenso wird diese bei Genexpressionsstudien eingesetzt. Dem zunehmenden Bedarf hat die Max-Planck-Gesellschaft mit der Einrichtung eines Genomzentrums an unserem Institut entsprochen. Am "Max Planck Genome Centre Cologne" sind neben unserem Institut drei weitere Max-Planck-Institute beteiligt (MPI für Biologie des Alterns, Köln; für marine Mikrobiologie, Bremen; für terrestrische Mikrobiologie, Marburg). Alle Abteilungen des Institutes werden von dieser Einrichtung profitieren.

 
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