Forschung

Pflanzen verfügen über spezielle Mechanismen, die es ihnen ermöglichen, sich an wechselnde Umwelteinflüsse anzupassen. Wir untersuchen diese Mechanismen auf molekularer Ebene, um die zu Grunde liegenden genetischen, biochemischen und physiologischen Prozesse aufzuklären. Ein weiteres Forschungsgebiet widmet sich der Funktion kleiner, nicht-kodierender RNAs, die über den Mechanismus der RNA-Interferenz die Genexpression steuern. mehr

The central theme of my research is to investigate how plant metabolism is regulated and coordinated in response to environmental signals and how this affects growth, development and out-put traits in plants. To achieve this, we use a combination of systems biology and hypothesis driven approaches focussing on an integrated analysis (-omics profiling) of plant metabolism in different genotypes and environments. This includes genetic, biochemical and molecular-physiological methods. A further aim is to assess biotechnological applications to improve crops. In the context of the SFB-TR 175 B02, we explore the role of dynamic adjustments in photosynthetic metabolism of plants to acclimate to fluctuating light intensities and low temperatures. In the context of the DFG project Ge 878/7-2, we explore signalling components that are involved in the homeostatic response of plants to low oxygen concentrations. mehr

Proteinlokalisationsstudien an Pflanzenzellen und Pflanzen-pathogenen Mikroorganismen sowie ultrastrukturelle Untersuchungen an Mikroorganismen, wie der einzelligen photosynthetischen Kieselalge Phaeodyctylum tricornutum und Extremophilen (Hyperthermophile, Acidophile) mittels Elektronenmikroskopie stellen einen Schwerpunkt der eigenen Forschung dar. Hierbei wie auch in der Lehre spielen die entsprechenden Mikroskopie- und Präparationstechniken eine zentrale Rolle. mehr

Chloroplasten besitzen drei proteinhaltige Membranen: eine äußere und eine innere Hüllmembran und die Thylakoidmembran, die die Photosynthesemaschinerie beherbergt. Geladene Moleküle wie Metallionen können diese Membranen nur mit Unterstützung spezifischer Transportproteine passieren. Unser Forschungsschwerpunkt besteht darin, die Gene zu identifizieren, die für diese Plastiden-Ionentransportproteine kodieren. Neben biochemischen Assays zur Charakterisierung der Transporter und Kanäle in vivo und in vitro untersuchen wir Gain- und Loss-of-Function-Mutanten, um die Bedeutung spezifischer Metallionen bei der Chloroplastenbiogenese und Photosynthese zu verstehen. Darüber hinaus untersuchen wir die Bedeutung der Plastiden-Ionen-Homöostase für die Pflanzenleistung mit Fokus auf abiotische Stressbedingungen. Um die Forschung auf unserem Gebiet voranzutreiben, haben wir organellenspezifische künstliche Mikro-RNA-Bibliotheken konstruiert, die plastidspezifische vorwärtsgerichtete genetische Screens ermöglichen. mehr

Unser Forschungsschwerpunkt liegt in der molekularen Erforschung der Photosynthese und deren Wechselbeziehung und Integration mit anderen Prozessen - sowohl innerhalb als auch außerhalb des Chloroplasten. Die Charakterisierung von Photosynthese-relevanten zellulären Funktionen, ihre Regulation innerhalb der Organelle und der Kommunikation mit dem Zellkern wird auf mehreren Ebenen untersucht. Dazu zählen genetische, physiologische, biochemische und molekularbiologische Methoden, sowie Genomics Ansätze. Die organellweite Charakterisierung der Funktionen der beteiligten Proteine und der übergeordneten regulatorischen Netzwerke wird es ermöglichen, den photosynthetischen Prozess in silico zu simulieren, in anderen Systemen zu rekonstruieren und dann gezielt Veränderungen in der Pflanze vorzunehmen. mehr

Pflanzliche Zellen sind durch eine starke Kompartimentierung gekennzeichnet. Im Vergleich zu anderen Eukaryoten besitzen pflanzliche Zellen zusätzliche Kompartimente und Organellen, wie zum Beispiel Chloroplasten, den Ort der Photosynthese. Unsere Forschung beschäftigt sich mit der Fragestellung, wie Stoffwechselnetzwerke in diesen Kompartimenten reguliert und über Signalkaskaden aufeinander abgestimmt werden. Insbesondere interessieren uns hierbei Stressreaktionen und Anpassungsmechanismen an sich ändernde Umweltbedingungen wie Lichtintensität oder Temperatur, da diese einen starken Einfluss auf pflanzliche Evolution, Entwicklungsvorgänge und Ökologie haben. Die experimentellen Analysen umfassen die Messung von Photosynthese- und Atmungsraten, zentraler Enzymaktivitäten, sowie die Analyse subzellulärer Protein- und Metabolitkonzentrationen. Zur Interpretation der meist sehr umfangreichen experimentellen Befunde entwickeln wir mathematische Modelle, welche eine computergestützte Analyse komplexer Stoffwechselregulation ermöglichen. mehr

Im Laufe der phylogenetischen Entwicklung der eukaryotischen Pflanzen-/Algenzelle bildeten sich die heutigen Chloroplasten aus ehemals freilebenden Cyanobakterien. Die Integration dieses Endosymbionten auf zellulärer Ebene wurde u.a. durch den Aufbau eines intrazellulären Kommunikationssystems erreicht, das auf kernkodierten regulatorisch-wirksamen Faktoren basiert, die die plastidäre Genexpression vor allem auf posttranskriptioneller Ebene bis hin zur Assemblierung funktionaler Multiproteinkomplexe steuern. Dieses regulatorische Netzwerk und seine Entwicklung im Laufe der Evolution auf molekularer Ebene zu verstehen, stellt einen Schwerpunkt unserer Forschungsarbeiten dar. mehr