Evolutionäre Zellbiologie der Pflanzen

Prof. Dr. Thomas Nägele

Forschung

Die Verbreitungsgrenzen von Pflanzenarten werden durch Umweltfaktoren wie Temperatur, Licht, Luftfeuchtigkeit und Bodenfeuchte beeinflusst. Diese Faktoren haben einen erheblichen Einfluss auf die Evolution, Entwicklung und Ökologie von Pflanzen. Um unser Verständnis davon zu verbessern, wie sich Pflanzen an eine sich verändernde Umwelt anpassen, konzentriert sich unsere Forschung auf die quantitative Analyse der Stoffwechselregulation. Wir wenden eine Kombination aus experimentellen und theoretischen Methoden an, um quantitative Modelle des Pflanzenstoffwechsels zu entwickeln. Experimentelle Daten zu Photosynthese, subzellulären Konzentrationen von Stoffwechselprodukten, Proteingehalten und Enzymaktivitäten werden verwendet, um mathematische Modelle zu entwickeln, die die Vorhersage des Pflanzenwachstums in einer sich verändernden Umwelt ermöglichen.

Methoden und Ansätze

Unser Labor entwickelt experimentelle Protokolle, um Stoffwechselregulation auf Ebene zellulärer Kompartimente und Organellen zu beschreiben. Zu den untersuchten Kompartimenten gehören vor allem die Plastiden, das Zytosol, die Vakuole und die Mitochondrien. Hierzu kommen Fraktionierungsmethoden, photometrische Nachweise sowie an Chromatographie gekoppelte Massenspektrometrie zum Einsatz.

Für die Zusammenführung der experimentellen Datensätze entwickeln wir mathematische und statistische Ansätze und Modelle, die eine funktionelle Interpretation der experimentellen Befunde ermöglichen. Zum Beispiel analysieren wir Pflanze-Umwelt-Interaktionen anhand von Differentialgleichungsmodellen, die eine dynamische Simulation von Stoffwechselwegen erlauben. Damit können Anpassungsmuster an sich ändernde Umwelten erkannt und getestet werden.

Schlüsselpublikationen

Seydel C, Hess M, Schröder L, Klingl A, Nägele T (2025) Subcellular plant carbohydrate metabolism under elevated temperature. Plant Physiol 198: kiaf117.

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf117

Kitashova A, Adler SO, Richter AS, Eberlein S, Dziubek D, Klipp E, Nägele T (2023) Limitation of sucrose biosynthesis shapes carbon partitioning during plant cold acclimation. Plant Cell Environ 46: 464-478.

https://doi.org/10.1111/pce.14483

Fürtauer L, Küstner L, Weckwerth W, Heyer AG, Nägele T (2019) Resolving subcellular plant metabolism. Plant J 100: 438-455.

https://doi.org/10.1111/tpj.14472

Fürtauer L, Weckwerth W, Nägele T (2016) A benchtop fractionation procedure for subcellular analysis of the plant metabolome. Front Plant Sci 7: 1912.

https://doi.org/ 10.3389/fpls.2016.01912

Nägele T, Heyer AG (2013) Approximating subcellular organisation of carbohydrate metabolism during cold acclimation in different natural accessions of Arabidopsis thaliana. New Phytol 198: 777-787.

https://doi.org/10.1111/nph.12201

Mitarbeiter