Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.07.2019

Wachstum oder Abwehr: regulatorische Strategien im pflanzlichen Stoffwechsel

Prof. Dr. Thomas Naegele
Ludwig-Maximilians-Universität München
Fakultät für Biologie - Dep. Biologie I - Biochemie u. Physiologie d. Pflanzen

Prof. Dr. Daniel Kliebenstein
University of California, Davis
College of Biological Sciences


Photosynthese setzt Lichtenergie in Stoffwechselenergie um und stellt damit den zentralen Energiewandlungsprozess in der Biosphäre dar. Kohlenhydrate sind die direkten Produkte photosynthetischer CO2 Fixierung und stehen im Stoffwechsel als Substrat für Biomasseproduktion, Proteinbiosynthese und Stressreaktionen bereit. Um Photosynthese und Wachstum auch dann aufrechtzuerhalten, wenn sich Umweltbedingungen ändern, stellen viele Pflanzen ihre Stoffwechselregulation in einem als Akklimatisierung bezeichneten Prozess um. Diese Umstellung hat zur Konsequenz, dass Wachstum und Stresstoleranzmechanismen aufeinander abgestimmt werden müssen. In einem interdisziplinären Ansatz zielt unser Projekt auf die Entwicklung eines Computermodells des pflanzlichen Stoffwechsels ab, welches die Simulation und Analyse von Wachstumsregulation während des Akklimatisierungsprozesses erlaubt. Hierzu kommen sowohl moderne computergestützte Verfahren als auch empfindliche Hochdurchsatzverfahren mittels Massenspektrometrie zum Einsatz.

Abschlussbericht
In einer Stoffwechselanalyse, welche sowohl das Proteom als auch den Primär- und Sekundärstoffwechsel der Modellpflanze Arabidopsis thaliana umfasste, konnten Indizien für eine gegenseitige funktionelle und regulatorische Abhängigkeit des pflanzlichen Kohlenhydrat- und Flavonoidstoffwechsels aufgezeigt werden. Computersimulationen eines subzellulär aufgelösten mathematischen Modells zeigten, dass sich Flavonoid- und Zuckersynthese wechselseitig beeinflussen, und dass dieser Einfluss signifikant von den gewählten Umweltbedingungen abhängt. So zeigte Kälte einen signifikanten Effekt auf den Zuckerstoffwechsel und hohe Lichtintensität einen sehr deutlichen Effekt auf die Flavonoidbiosynthese. Derzeit wird der Effekt der Akkumulation von Primär- und Sekundärmetaboliten auf Wachstum und Entwicklung analysiert. Mit einem entsprechend optimierten Computermodell zur Simulation von Stoffwechselregulation und Wachstum unter dynamischen Umweltbedingungen wird im Laufe des Jahres 2021 gerechnet.