Botanisches Institut
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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Wissenschaftliches Portrait

Woran wir arbeiten

Leben ist nicht einfach. Es gibt zwei Wege, das zu meistern – Tiere rennen davon, Pflanzen passen sich an. Wir wollen verstehen, wie. Der Schlüssel sind pflanzliche Zellen, denn sie vermitteln Gestalt, Anpassung und die enorme Vielfalt der Pflanzen. Wir untersuchen das auf drei Ebenen: In der Gruppe Angewandte Biodiversität versuchen wir, die evolutionäre Vielfalt zu erkennen, zu schützen und zu nutzen. Im Zentrum: wilde Verwandte unserer Kulturpflanzen. In der Gruppe Pflanzenstress versuchen wir zu verstehen, wie Pflanzen unterschiedliche Arten von Stress unterscheiden und angemessen darauf reagieren können. Wir forschen für eine nachhaltige Landwirtschaft der Zukunft und arbeiten daher mit den Nutzpflanzen Reis, Sorghum und Weinrebe.

Unser zentraler Hebel ist das Hormon Jasmonsäure. In der Gruppe Zelluläre Biotechnologie geht es uns um eine Grundfrage der Entwicklungsbiologie: Pflanzen können aus jeder einzelnen Zelle einen ganzen Organismus bilden. Wir können das nicht. Wir wird ein Zellhaufen zu einem Ganzen, wie stellt eine Zelle fest, ob sie noch intakt ist. Diese Grundlagen bringen neue Anwendungen hervor - können wir Zellen mittels "chemischer Trojaner" manipulieren ohne ihre Integrität zu stören; können wir verschiedene Zellen in einem mikrofluidischen Bioreaktor zu einem technischen Ganzen zusammenschließen, um so medizinisch interessante Wirkstoffe erzeugen zu können?

Unser Beitrag zu DialogProTec

Mithilfe von Zellkulturen haben wir die Immunreaktionen der Weinrebe sehr detailliert analysiert und kennen nun mehrere Schlüsselgene und –reaktionen, die darüber entscheiden, ob sich eine Pflanzenzelle erfolgreich gegen einen Krankheitserreger zu wehren vermag. Im Botanischen Garten des KIT haben wir eine Sammlung der Europäischen Wildrebe (der Stamm-Mutter unserer Weinrebe) etabliert, welche die gesamte in Deutschland noch vorhandene genetische Diversität für diese Art versammelt. Für diese Sammlung wurden inzwischen in einer Kooperation mit der Chinesischen Akademie der Wissenschaften alle Genome entschlüsselt und in einer Datenbank organisiert, so dass wir alle natürlich noch vorkommenden Genvarianten finden können. Darunter sind auch besonders wirksame Genschalter (sogenannte Transkriptionsfaktoren) für die pflanzliche Immunität.

Diese werden nun genutzt, um ein Testverfahren für die Aktivierung der Immunität zu entwickeln. Die Steuersequenz dieser Genschalter wird vor das Gen für das Grün Fluoreszente Protein gesetzt und dieses neu zusammengefügte Genkonstrukt in pflanzliche Zellen eingebracht. Immer dann, wenn das Immunsystem aktiv wird, entsteht eine grüne Fluoreszenz, die man messen kann. Diese Zellen werden dann in das von Partner KIT-IMT entwickelte Chip-System eingesetzt, so dass wir damit die von Partner IBWF zur Verfügung gestellten Pilzstämme untersuchen können. Pilzstämme, die unseren „Immunitäts-Detektor“ zum Leuchten bringen, werden dann von Partner ALUF weiter untersucht, um so das für die Reaktion verantwortliche Signal dingfest machen zu können.

Publikationen zum Projekt

Finkbeiner T, Manz C, Raorane M, Metzger C, Schmidt-Speicher L, Shen N, Ahrens R, Maisch J, Nick P, Guber A (2021) A modular microfluidic bioreactor to investigate plant cell-cell interactions. Protoplasma https://doi.org/10.1007/s00709-021-01650-0

Guan P, Terigele, Schmidt F, Riemann M, Fischer J, Thines E, Nick P (2020) Hunting modulators of plant defence - the Grapevine Trunk Disease fungus Eutypa lata secretes an amplifier for plant basal immunity. J Exp Bot 71, 3710–3724

Khattab IM, Sahi VP, Baltenweck R, Grondard AM, Hugueney P, Bieler E, Dürrenberger M, Riemann M, Nick P (2021) Ancestral chemotypes of cultivated grapevine with resistance to Botryosphaeriaceae related Dieback allocate metabolism towards bioactive stilbenes. New Phytologist 229, 1133-1146

Akaberi S, Wang H, Claudel P, Riemann M, Hause B, Hugueney P, Nick P (2018) Grapevine Fatty Acid Hydroperoxide Lyase Generates Actin-Disrupting Volatiles and Promotes Defence-Related Cell Death. J Exp Bot 69, 2883-2896

Duan D, Fischer S, Merz PR, Bogs J, Riemann M, Nick P (2016) An ancestral allele of grapevine transcription factor MYB14 promotes plant defence. J Exp Bot 67, 1795-1804

Nick P (2014) Schützen und nützen - von der Erhaltung zur Anwendung. Fallbeispiel Europäische Wildrebe. Hoppea Denkschr Regensb Bot Ges Sonderband, 159-173

Mitarbeiter

Prof. Dr. Peter Nick, Projektleiter

Dr. Alexandra Wolf, Koordinatorin

M. Sci. Christian Metzger, Doktorand