Pflanzenmetabolismus

Prof. Dr. Peter Geigenberger

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peter.geigenberger@lmu.de

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E01.021

SFB TRR 175

Forschung

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Pflanzen können in ihren Plastiden Lichtenergie nutzen, um durch Photosynthese atmosphärisches CO2 in organische Zucker umzuwandeln, und erzeugen damit den größten Teil der Biomasse unseres Planeten. Diese Zucker werden für das Wachstum und den Aufbau wichtiger Speicherverbindungen verwendet, die auch für die menschliche Ernährung, erneuerbare Ressourcen und Bioenergie wichtig sind. Ein generelles Ziel unserer Arbeit ist es, wichtige Signale und molekulare Mechanismen besser zu verstehen, die den Pflanzenstoffwechsel steuern und es Pflanzen ermöglichen, sich an Veränderungen ihrer Umwelt in Bezug auf Licht, Temperatur oder Niederschlag anzupassen, deren Intensität aufgrund des Klimawandels zunehmen.

Dabei untersuchen wir zum einen, wie Thioredoxine und deren Reduktasen als wichtige Modulatoren die Anpassung der Photosynthese und des Kohlenstoffstoffwechsels an Schwankungen der Lichtintensität oder Temperatur steuern (siehe DFG TRR175 B02). Zum anderen erforschen wir Signalwege zur Anpassung des Pflanzenstoffwechsels an niedrige Sauerstoffkonzentrationen, die chronisch in bestimmten Pflanzenorganen oder akut bei Überschwemmungen durch starke Regenfälle auftreten.

Für unsere Studien arbeiten wir hauptsächlich mit der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Darüber hinaus verfolgen wir in eher anwendungsorientierten Ansätzen auch eine Analyse der Stoffwechselnetzwerke in heterotrophen Speichergeweben mit dem Ziel, Mechanismen der Assimilat- und Energieverteilung in Nutzpflanzen zu entschlüsseln. All das wird letztlich wichtig sein, um „klimasichere“ Pflanzen zu entwickeln.

Methoden und Ansätze

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Wir verwenden eine Kombination aus systembiologischen und hypothesengestützten Ansätzen, wobei der Schwerpunkt auf der integrierten Analyse des Pflanzenstoffwechsels in verschiedenen Genotypen und Umweltbedingungen liegt. Dies umfasst eine ergebnisoffene Profilerstellung globaler Metabolite, Transkripte und Proteine in Verbindung mit bioinformatischen Werkzeugen, um Knotenpunkte und Integratoren zu identifizieren, die die Regulation und Anpassung des Stoffwechsels an externe Faktoren vermitteln. Um die Bedeutung dieser regulatorischen Komponenten zu klären, werden weitere gezielte Analysen durchgeführt. In Kombination mit reverser Genetik werden dabei ausgereifte biochemische Verfahren verwendet, um die Funktion dieser Proteine genauer zu ermitteln. Dabei wird mit Hilfe von GFP-Reporterkonstrukten ihre intrazelluläre Bewegung, mit Redox-Proteomics ihr Thiol/Disulfid-Status und mit chromatographischen Methoden die Bildung regulatorischer Komplexe quantitativ analysiert.

Schlüsselpublikationen

Leger-Paul MV*, Renziehausen T, Rauschmayer ML, González-Campo D, Wiens LJM, Baumgärtner JK, Schneider K, Seydel C, Klingl A, Lehmann M, Leister D, Schmidt-Schippers RR, Geigenberger P* (2026) Plastid-to-nucleus communication under hypoxia involves group VII ethylene response factors in Arabidopsis thaliana. Proc Natl Acad Sci USA 123(3), e2525801123. *shared corresponding authorship https://doi.org/10.1073/pnas.2525801123

Hou LY, Sommer F, Poeker L, Dziubek D, Schroda M, Geigenberger P (2024) The impact of light and thioredoxins on the plant thiol-disulfide proteome. Plant Physiol 195(2), 1536-1560. https://doi.org/10.1093/plphys/kiad669

Dziubek D, Poeker L, Siemiątkowska B, Graf A, Marino G, Alseekh S, Arrivault S, Fernie AR, Armbruster U, Geigenberger P (2024) NTRC and thioredoxins m1/m2 underpin the light acclimation of plants on proteome and metabolome levels. Plant Physiol 194(2), 982-1005. https://doi.org/10.1093/plphys/kiad535

Teh JT, Leitz V, Holzer VJC, Neusius D, Marino G, Meitzel T, García-Cerdán JG, Dent RM, Niyogi KK, Geigenberger P*, Nickelsen J* (2023) NTRC regulates CP12 to activate Calvin–Benson cycle during cold acclimation. Proc Natl Acad Sci USA 120(33), e2306338120. *shared corresponding authorship https://doi.org/10.1073/pnas.2306338120

Thormählen I, Zupok A, Rescher J, Leger J, Weissenberger S, Groysman J, Orwat A, Chatel-Innocenti G, Issakidis-Bourguet E, Armbruster U, Geigenberger P (2017) Thioredoxins play a crucial role in dynamic acclimation of photosynthesis in fluctuating light. Mol Plant 10(1), 168-182. https://doi.org/10.1016/j.molp.2016.11.012

Vollständige Publikationsliste von Peter Geigenberger siehe Google Scholar via google scholar