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TIPTOP – Temperaturintegration durch Phasenwechsel und Translation von Proteinen in Pflanzen

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2021 - 2026

Wie spüren und verarbeiten Pflanzen ihre Umgebungstemperatur?

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Im Gegensatz zu vielen anderen Stoffwechselwegen in Pflanzen sind die primären Mechanismen der Temperaturwahrnehmung noch wenig bekannt. Die Temperaturwahrnehmung spielt allerdings eine wesentliche Rolle für das Überleben der Pflanzen. Im Laufe der Evolution haben Pflanzen vielfältige Mechanismen entwickelt, zur Anpassung an sich ändernde Umgebungstemperaturen. Unter Anderem müssen Pflanzen Informationen zur Umgebungstemperatur schnell erfassen und ihren Stoffwechsel daran anpassen können, um zu überleben. Pflanzen verwenden Temperaturinformationen, um saisonale Entscheidungen zu treffen, zum Beispiel wann sie blühen und wachsen sollen, oder reagieren auf kurzfristige Änderungen, um sich vor Kälte- und Hitzestress zu schützen. Für all diese Reaktionen müssen Pflanzen in der Lage sein, die aktuelle Temperatur zu erfassen.

Die Forschung an den Mechanismen, mit denen Pflanzen die Temperatur erfassen und ihr Verhalten anpassen, ist in Zeiten des raschen Klimawandels für die Landwirtschaft von besonderer Bedeutung. Pflanzen sind besonders anfällig für schnelle Temperaturänderungen. Hitzestress kann auch Ernteverluste verursachen, man geht von etwa 10 Prozent Ernteverlust für jeden weiteren Temperaturanstieg von 1 ºC aus. Da extreme Wetterereignisse aufgrund der Klimaerwärmung immer häufiger auftreten, ist es von größter Bedeutung, dass wir verstehen, wie Pflanzen Temperaturinformationen erfassen und verwenden, damit wir klimaresistente Pflanzen züchten können.

Im Projekt TIPTOP untersuchen wir, wie Pflanzen ein korrektes Temperatursignal ermitteln können, auch wenn das sie umgebende Makro- und Mikroklima kurzfristig starken Schwankungen unterliegt. Bisher unbekannt sind auch die Prozesse, wie die Temperatursignale, die in einzelnen Zellen ermittelt werden, über die gesamte Pflanze integriert werden, um dann eine koordinierte Reaktion durch Veränderung von Wachstums- und Entwicklungsvorgängen auszulösen. Das Projekt nutzt die jüngsten Erkenntnisse der Forschungsgruppe, die erforscht, wie einzelne Proteine und RNA-Moleküle als Miniatur-Temperatursensoren fungieren, und nutzt synthetische Biologie, um temperaturempfindliche Schaltkreise in der Zelle neu zu konstruieren.

Der Übergang vom vegetativen zum reproduktiven Wachstum bei Arabidopsis thaliana wird bei höheren Umgebungstemperaturen beschleunigt.


Die Hypokotyl-Länge von Arabidopsis nimmt mit steigender Umgebungstemperatur zu.

 

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