Molekularbiologie der Pflanzen
Photosynthese - molekular vernetzt optimiert
Forschung
Unser primäres Forschungsinteresse gilt der eingehenden molekularen Erforschung der Photosynthese und der Aufdeckung ihrer komplexen Verflechtung mit einem breiten Spektrum zellulärer Prozesse, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Chloroplasten. Wir untersuchen eingehend die zellulären Mechanismen, die für eine effiziente Photosynthese unerlässlich sind, und erforschen dabei nicht nur, wie diese Funktionen innerhalb des Chloroplasten gesteuert werden, sondern auch, wie die Signalübertragung und metabolische Koordination zwischen der Organelle und dem Zellkern ablaufen. Im Mittelpunkt unserer Arbeit steht eine umfassende, plastidenweite Untersuchung der Proteinfunktionen, insbesondere derjenigen, die in direktem Zusammenhang mit der Photosynthese stehen, sowie der regulatorischen Netzwerke, die ihre Aktivität koordinieren. Um Fortschritte in der Photosynthese-Technik voranzutreiben, nutzen wir modernste synthetische Biologie und experimentelle Evolutionsstrategien, die auf die Neugestaltung und Optimierung des Photosyntheseapparats abzielen. Als vielseitige Modellsysteme, die sich für schnelle Gentechnik und präzise evolutionäre Manipulation eignen, setzen wir zunehmend Cyanobakterien und Algen als Chassis ein. Diese Systeme bieten Zugang zu leistungsstarken genetischen Werkzeugen und beschleunigter Selektion, wodurch wir effizient wichtige Komponenten identifizieren können, die zur Stressanpassung und Stoffwechseleffizienz beitragen. Mit dieser integrierten Strategie streben wir nicht nur ein tieferes grundlegendes Verständnis der photosynthetischen Regulation und der zellulären Integration an.
Methoden und Ansätze
Unser multidisziplinärer Ansatz vereint Genetik, Biochemie, Physiologie und Molekularbiologie von Pflanzen und anderen photosynthetischen Organismen und nutzt dabei künstliche Intelligenz, fortschrittliche Techniken der synthetischen Biologie und laborbasierte Evolutionsmethoden bei Cyanobakterien und Algen. Durch die Identifizierung und Charakterisierung der Schlüsselelemente, die der Anpassung dieser Organismen an schwierige Umweltbedingungen zugrunde liegen, können wir diese vorteilhaften Eigenschaften auf höhere Pflanzen übertragen. Dieses Vorhaben zielt letztendlich darauf ab, die Photosyntheseleistung und die Ernteerträge unter verschiedenen Umweltbedingungen zu verbessern.
Publikationen
Penzler JF, Naranjo B, Walz S, Marino G, Kleine T, Leister D (2024) A pgr5 suppressor screen un-covers two distinct suppression mechanisms and links cytochrome b6f complex stability to PGR5. Plant Cell 36: 4245-4266. https://doi.org/10.1093/plcell/koae098
Dann M, Ortiz EM, Thomas M, Guljamow A, Lehmann M, Schaefer H, Leister D (2021) Enhancing photosynthesis at high light levels by adaptive laboratory evolution. Nat Plants 7: 681-695. https://doi.org/10.1038/s41477-021-00904-2
Rühle T, Dann M, Reiter B, Schünemann D, Naranjo B, Penzler JF, Kleine T, Leister D (2021) PGRL2 triggers degradation of PGR5 in the absence of PGRL1. Nat Commun 12: 3941. https://doi.org/10.1038/s41477-021-00904-2
Garcia-Molina A, Leister D (2020) Accelerated relaxation of photoprotection impairs biomass accumu-lation in Arabidopsis. Nat Plants 6: 9-12. https://doi.org/10.1038/s41477-019-0572-z
Dann M, Leister D (2019) Evidence that cyanobacterial Sll1217 functions analogously to PGRL1 in enhancing PGR5-dependent cyclic electron flow. Nat Commun 10: 5299. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13223-0
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