Joseph Gottlieb Kölreuter Institut für Pflanzenwissenschaften (JKIP)
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Wissenschaftliches Portrait
Unsere Forschung
Das Leben ist nicht einfach. Man kann auf zweierlei Weise darauf reagieren – wegrennen oder sich anpassen. Pflanzen können nicht rennen, also müssen sie sich an widrige Umstände anpassen. An der Abteilung für Molekulare Zellbiologie versuchen wir zu verstehen, wie. Der Schlüssel ist die pflanzliche Zelle, ihre Flexibilität und Resilienz. Wie passt sie ihre Gestalt und ihren Stoffwechsel an die Herausforderungen der Umwelt an? Wie kann sie verschiedene Stressbedingungen und deren Kombination wahrnehmen, verarbeiten und angemessen darauf reagieren? Wie kann Evolution, erfolgreichste Problemlösungsstrategie auf unserem Planeten, dabei helfen Gene der Resilienz in der biologischen Vielfalt zu finden, die uns zur Verfügung steht?
Als Forschende wollen wir vor allem verstehen. Freilich wollen wir unser Wissen auch anwenden, um etwas in der Welt zu bewegen. Daher arbeiten wir mit Nutzpflanzen wie Reis, Sorghum und Weinrebe. In der Vergangenheit haben wir die Signale untersucht, die das Immunsystem der Weinrebe steuern und herausgefunden, dass die Jasmonate, zentrale Regulatoren der pflanzlichen Stressreaktion, wichtige Entscheidungsgeber sind – wird eine Zelle auf Stress mit Anpassung antworten oder wird sie sich dafür entscheiden, sich für das Überleben der anderen Zellen zu opfern? Diese Entscheidung hängt davon ab, in welchem zeitlichen Muster der Jasmonatweg aktiv wird.
Unser Beitrag für Kliwiresse
Wenn wir herausfinden, dass sich ein Prozess unter Stress verändert, sagt das zunächst noch nicht sehr viel – zwar könnte es ein Teil der Anpassung sein, ebensogut könnte es aber einfach eine Folge der durch den Stress ausgelösten Schädigung sein. Die umfangreichen und komplexen Daten, die in unserem Projekt entstehen, müssen gedeutet werden, um Nutzen zu bringen. Hier bringen wir mehr als zwei Jahrzehnte Erfahrung im Bereich Pflanzenstress mit ein, wobei unser Schwerpunkt auf dem Verständnis der molekularen Grundlagen der Stressreaktion liegen. Dieses Wissen wird uns dabei helfen, herauszufinden, was die beobachteten Phänomene nun tatsächlich bedeuten.
Unser zweiter Beitrag ist unsere Sammlung der Europäischen Wildrebe (Vitis sylvestris). Dieser wilde Vorfahr unserer Rebe ist beinahe ausgestorben. Ursprünglich als Teil eines Artenschutzprojekts konnten wir eine Sammlung zusammentragen, die inzwischen den gesamten Genbestand für diese Wildart abdeckt, den es in Deutschland und darüber hinaus noch gibt.
Gleichzeitig konnte das gesamte Erbgut dieser Sammlung entziffert werden. Daraus entstand unsere Datenbank GrapeKIT, so dass wir nun für jedes Gen von Interesse nachschauen können, welche Varianten die Natur hervorgebracht hat. Hinterher können wir uns diese Variante direkt aus der entsprechenden Pflanze holen und untersuchen. Ein umfangreicher Vergleich von zahlreichen Genomen der Weinrebe (Dong et al., 2023) zeigt, wie die Rebe während ihrer jüngeren Evolution, aber auch während ihrer Domestizierung durch uns Menschen eine eindrucksvolle Dynamik von genetischem Austausch und von Migration durchlaufen hat. Diese Geschichte hat im Erbgut der Wildrebe Spuren hinterlassen – in Form von Genen, die für die Resilienz gegen den Klimawandel wichtig sind. Erste Kandidaten haben wir schon gefunden und gemeinsam mit unserem Partner JKI eine Kreuzungspopulation hergestellt..
Aktuelle Veröffentlichungen mit Bezug zum Projekt
Gong PJ, Metzger C, Khattab I, Kaźmierczak A, Riemann M, Nick P (2023) Two ways to die: species dependent PCD modes in grapevine cells. Plant Science 332, 111695
Dong Y, Duan S, Xia Q, Liang Zh, Dong X, Margaryan K, Musayev M, Goryslavets S, Zdunić G, Bert PF, Lacombe T, Maul E, Nick P, et al. (2023) Dual domestications and origin of traits in grapevine evolution. Science, 379, 892-901
Sofi KG, Metzger C, Riemann M, Nick P (2023) Chitosan triggers actin remodelling and activation of defence genes that is repressed by calcium influx in grapevine cells. Plant Science 326, 111527
Daldoul S, Hanzouli F, Hamdi Z, Chenenaoui S, Wetzel T, Nick P, Mliki A, Gargouri M (2022) The root transcriptome dynamics reveals new valuable insights in the salt-resilience mechanism of Mediterranean wild grapevine (Vitis vinifera subsp. sylvestris). Front Plant Sci 13, 1077710
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
