Sonderforschungsbereich TRR 175

Der Erwerb der Fähigkeit, Photosynthese zu betreiben, ermöglichte die charakteristische sessile Lebensweise der Pflanzen. Dies wiederum bedeutete, dass die Pflanzen eine Vielzahl physiologischer Reaktionen (Akklimatisierung) entwickeln mussten, um mit den erheblichen Schwankungen in ihrer unmittelbaren Umgebung fertig zu werden. Die Akklimatisierung ist ein komplexer Prozess, der eine zelluläre Reorganisation der metabolischen und genetischen Aktivitäten nach dem Einsetzen des äußeren Reizes erfordert.

Hier betrachten wir vollständig reversible Reaktionen auf Temperatur- und Lichtveränderungen, denen Pflanzen sowohl kurzfristig (Minuten bis Stunden) als auch langfristig (Tage) häufig ausgesetzt sind. Es ist klar, dass die Organelle in der Tat ein „Knotenpunkt der Akklimatisierung“ ist und sowohl als Schlüsselsensor als auch als Ziel für genetische, proteomische und metabolische Anpassungen in Pflanzen dient.

Der SFB/Transregio verbindet Wissenschaftler an drei Standorten - München, Kaiserslautern und Berlin/Golm -, die gemeinsam ein bemerkenswertes Spektrum an Fachwissen über die Genetik, Molekularbiologie und Biochemie der Chloroplasten und ihre Wechselwirkungen mit anderen Zellkompartimenten in diese Thematik einbringen. Die Akklimatisierung hängt von verschiedenen Arten von Modulatoren ab, die als Komponenten von Akklimatisierungsreaktionen definiert sind, deren Verlust zu veränderten Reaktionen auf Akklimatisierungsreize führt. Integratoren sind Modulatoren, die mindestens zwei Akklimatisierungsprozesse koordinieren.

Die ersten Beispiele für Modulatoren und Integratoren wurden bereits von Mitgliedern des SFB/Transregio identifiziert. Wir werden uns mit der Komplexität zellulärer Akklimatisierungsnetzwerke befassen, indem wir Methoden aus der quantitativen Biologie auf drei photosynthetische Modellorganismen anwenden, und haben vier Hauptforschungsbereiche für den SFB/Transregio festgelegt.

Im Bereich A (Genetische Modulatoren) werden wir uns auf die Quantifizierung der Chloroplasten-Genexpression und ihrer Dynamik konzentrieren. Im B Bereich (Metabolische Modulatoren) werden wir uns auf die Messung dynamischer metabolischer Anpassungen in Chloroplasten und damit zusammenhängender extraplastidialer Stoffwechselprozesse konzentrieren. Im Bereich C (Signalübertragung) werden wir uns mit der quantitativen Charakterisierung von Signalwegen und -netzwerken befassen, die Informationen sowohl innerhalb des Chloroplasten als auch an andere zelluläre Kompartimente außerhalb des Chloroplasten weiterleiten. Im Bereich D (Data Mining und Modellierung) verfolgen wir mittelfristig das Ziel einer computergestützten Modellierung von Akklimatisierungsprozessen auf zellulärer Ebene. Darüber hinaus werden wir in unserem zentralen wissenschaftlichen Serviceprojekt Z1 unsere Anstrengungen bündeln, um die Veränderungen, die während der Akklimatisierung auftreten, auf einer systemweiten Ebene zu analysieren.

Die erwarteten Ergebnisse unseres Konsortiums werden die zentrale Rolle des Chloroplasten im breiteren Kontext der Akklimatisierung an sich ständig ändernde Umweltanforderungen umfassend aufklären. Unser ultimatives Ziel ist es, die zellulären Netzwerke, die die Akklimatisierung unter natürlichen Bedingungen vermitteln, vorhersehbar zu verändern und langfristig zu "intelligenten Züchtungsmethoden“ beizutragen, die auf die Schaffung von Nutzpflanzen mit verbesserten Akklimatisierungseigenschaften abzielen.