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Forschungsbereiche unseres Lehrstuhls

Abbildung: Pflanzen leben ausschließlich von anorganischen Nährstoffen und sind die Grundlage für das Funktionieren der globalen Ökosysteme und für das menschliche Leben (Hintergrundbild: Pflanze mit freiliegenden Wurzeln © ThomasVogel - istockphoto #170943374).

Überblick

Unser Ziel ist es, Interaktionen von Pflanzen mit ihrer Umwelt umfassend zu verstehen, indem wir zugrunde liegende molekular-funktionelle Mechanismen aufklären und in ihren organismischen, ökologischen und evolutionären Kontext bringen. Hierbei untersuchen wir sowohl die Akklimatisierung von Pflanzen an veränderliche Bedingungen als auch evolutionäre Anpassungen auf molekularer Ebene. Unsere Arbeiten führen Expertise und Methoden verschiedener Disziplinen zusammen – Genom-basierte funktionelle Genomik, Molekularbiologie, Zellbiologie, Biochemie, Physiologie, Ökologie und Evolutionsbiologie. Mit einem starken Schwerpunkt auf vergleichenden Ansätzen zwischen und innerhalb von Arten kombinieren wir in manchen Projekten die Laborarbeit mit der Charakterisierung pflanzlicher Populationen an ihren natürlichen Standorten und Freilandexperimenten. 
Der Lehrstuhl arbeitet vor allem in der Grundlagenforschung, an den Interaktionen von Pflanzen mit der Zusammensetzung des Bodens. Hierbei liegt unser besonderer Augenmerk auf lebensnotwendigen Nährstoff-Metallen (wie Eisen, Zink, Kupfer) und chemisch ähnlichen giftigen Schwermetallen (Cadmium und Blei). Unsere Forschung hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel in der Erzeugung von ertragreicheren und gesünderen Erntepflanzen („Bio-Fortifikation“) und der Entwicklung von nachhaltigen Pflanzen-basierten Lösungen für die Gewinnung von Rohstoffen („Phytomining“) und die Sanierung Schwermetall-verseuchter Böden („Phytoremediation“). Der Lehrstuhl beteiligt sich auch an Projekte in diesen Feldern der angewandten Forschung. 

In Anbetracht der hoch reaktiven chemischen Eigenschaften metallischer Elemente sind Pflanzen als ortsfeste Primärproduzenten besonders stark angewiesen auf einen präzisen Metallhaushalt, der sich zudem in vielfältiger Weise auf die Lebewesen in ihrer Umgebung auswirkt. Eine wesentliche Zielstellung unserer Arbeiten ist das Verständnis der genetischen Basis und der molekular-physiologischen Mechanismen von Toleranz gegenüber Schwermetallen in Extremophyten - Pflanzen, die an Schwermetallböden angepasst sind. Mit ähnlicher Zielsetzung forschen wir an der Schwermetall-Hyperakkumulation in Pflanzen. Die Schwermetall-Hyperakkumulation ist aus evolutionär-ökologischer Perspektive, im Hinblick auf die zugrunde liegende phyiologische Leistung und auch im Hinblick auf die Technologieentwicklung besonders faszinierend. In unserem zentralen Modellorganismus Arabidopsis halleri (Haller’sche Schaumkresse) besteht zudem eine außerordentlich große innerartliche Spannbreite physiologischer Merkmale. Die zugrunde liegenden genetischen Unterschiede und ökologischen Zusammenhänge möchten wir aufklären. Anhand der klassischen Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) erforschen wir die Funktionen wichtiger Komponenten der molekularen Netzwerke des Haushalts lebensnotwendiger Metalle, beteiligte Akklimatisationsvorgänge und ihre regulatorische Integration mit Stoffwechel, Wachstum und Entwicklung. Unsere Arbeiten beschäftigen sich mit allgemeinen und Zelltyp-spezifischen Funktionen von Membrantransportproteinen, Regulatorproteinen des pflanzlichen Metallhaushalts, Enzymen der Chelatorbiosynthese, neuen zentralen Metall-abhängiger Prozessen, sowie mit dem pflanzlichen Mikrobiom.