Ziel dieses Projekts ist es, Signalkomponenten der systemisch erworbenen Resistenz (SAR) in Arabidopsis thaliana und einer Mutante, eds1, welche nicht mehr in der Lage ist, SAR Signale zu produzieren oder zu transportieren, zu identifizieren. EDS1 abhängige Peptide, Lipide und polare niedermolekulare Stoffe werden mit massenspektrometrischen Methoden identifiziert. Danach wird in verschiedenen (Nutz)Pflanzen untersucht, ob die so identifizierten möglichen SAR Komponenten Resistenz gegen Krankheitserreger auslösen. Des Weiteren wird der Einfluss von SAR Signalen auf Prozesse wie z.B. Trockenresistenz untersucht.
Es wurde eine neue Klasse von Naturstoffen in hoeheren Pflanzen entdeckt, die fuer die Schwermetallentgiftung verantwortlich sind und auch im Oekosystem nach diesen Mechanismen toxische Metalle inaktivieren. Die Substanzen wurden aufgeklaert und als (Gamma-Glu-Cys)n Gly (Phytochelatine) bzw. (Gamma-Glu-Cys)n Beta-ala (homo-Phytochelatine) beschrieben. Dieser Entgiftungsmechanismus wurde in mehr als 300 untersuchten Pflanzenarten gefunden und duerfte somit Allgemeingueltigkeit fuer niedere (Algen) und hoehere Pflanzen haben. Dieser Mechanismus macht es den Pflanzen in schwermetallbelasteten Boeden moeglich, zu ueberleben und duerfte ein wichtiges Zielsystem fuer die Pflanzenzuechtung werden, um zu verhindern, dass toxische Schwermetalle in die pflanzliche Nahrungskette gelangen.
Engineered Living Materials (ELMs) werden zunehmend als die am vielversprechendste Lösung für die praktische Anwendbarkeit der synthetischen Biologie angesehen und rücken damit verstärkt in den Fokus der Forschung. Bei diesen Materialsystemen ermöglicht die Verkapselung gentechnisch veränderter Organismen die Herstellung in anwendungsgerechten Formaten, eine einfache Handhabung, die stabile Lagerung sowie den Einsatz in großem Maßstab. Von besonderer Bedeutung ist die sichere Verkapselung beim Einsatz von Bakterien als lebende Komponente, da sich diese Organismen durch hohe Wachstumsraten, geringe Größe und beispiellose Anpassungsfähigkeit auszeichnen. Bisher gibt es nur wenige Studien, die sich konkret mit der Eindämmungsfähigkeit von ELMs befassen. Bei diesen kamen mehrschichtige Materialsysteme zum Einsatz, bei denen das Wachstum der Bakterien durch eine stabile Barrierehülle physikalisch auf das Materialinnere begrenzt wurde. Dieses Konzept ist jedoch äußerst anfällig für Versagen durch Beschädigung der Hülle oder durch Herstellungsfehler, die zur Freisetzung der Bakterien führen. Eine andere Eindämmungsmöglichkeit bieten genetische Methoden, wie Auxotrophie oder Tot-Schalter. Diese Strategie wiederum ist anfällig für Versagen durch Mutationsflucht. Da die jeweiligen Nachteile der beiden Strategien voneinander unabhängig sind, besteht die Erwartung, dass sich durch Kombination die jeweiligen Probleme überwinden lassen. ContainELMs wird diese Möglichkeit systematisch auf synergistische Weise untersuchen. Dabei werden die Bakterien genau an die spezielle Mikroumgebung angepasst, die das Materialinnere bietet. Dies wird durch die Entwicklung von Überlebens-Schaltern erreicht, die das Überleben der Bakterien nur unter bestimmten, von der Umgebung verschiedenen Bedingungen ermöglicht, wie Anwesenheit eines speziellen Reagenzes, Peptids oder bei einem bestimmten pH-Wert. Auf diese Weise ist das Überleben der Bakterien innerhalb des Materials begünstigt, wodurch kein Mutationsdruck aufgebaut wird. Gleichzeitig ist die Abhängigkeit von einer unbeschädigten, physischen Barriere verringert. ContainELMs wird unter Verwendung eines Modellbakteriums, E. coli, sowie eines nicht-modellhaften Lactobacillus-Stamms entwickelt, die jeweils von Interesse für Gesundheits- und Umweltanwendungen sind. Dabei wird das ELM aus Fasern gebildet, die durch Kombination von elektrohydrodynamischem Jetting, zur Herstellung eines für die Bakterien maßgeschneiderten Innenteils, mit chemischer Gasphasenabscheidung, zur Aufbringung einer Barriereschicht, geschaffen werden. Die Leistungsfähigkeit von ContainELMs wird für die Dauer von mindestens einem Monat überprüft werden, während des simulierten Einsatzes zur biologischen Sanierung von Flusswasser. Die durch ContainELMs entwickelten Methoden und Kenntnisse sollen eine breite Verwendung dieser materialzentrierten, aktiven Eindämmungsstrategie in allen Arten von Hybrid-ELMs ermöglichen.
Traeger der Erbeigenschaften von Organismen sind Nukleinsaeuren und Nukleoproteine. Die genetische Wirkung ionisierender Strahlen auf diese makromolekularen Substanzen soll erforscht werden durch Untersuchung der Strahlenwirkung auf die organischen Untereinheiten, insbesondere Nukleinsaeurebasen, Nukleoside, Nukleotide und Peptide. Als Objekt dienen hauptsaechlich Einkristalle dieser Substanzen, deren dichte Packung der im Makromolekuel auftretenden gleicht. Untersucht werden moeglichste primaere Prozesse, der Strahlenwirkung und ihre Folgereaktionen, vor allem Erzeugung und Reaktionen freier Radikale. Als Untersuchungsmethoden dienen spektrometrische Methoden, in erster Linie Elektronenspin-Resonanz-Spektroskopie.
Das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und mikrobiellen Krankheitserregern ist von zentraler Bedeutung für das Management von Pflanzenkrankheiten auf dem Feld und für die Verbesserung von Kulturpflanzengenotypen. Es ist von zentraler wissenschaftlicher Bedeutung und hilft den künftigen Bedarf nachhaltig erzeugter Pflanzenprodukte zu decken. Fusarium-Arten gehören zu den aggressivsten pilzlichen Krankheitserregern, die Pflanzen infizieren, Ertragseinbußen verursachen und Mykotoxine produzieren, die für die Gesundheit von Mensch und Tier von Bedeutung sind. Wir haben daher Untersuchungen zur Anreicherung von Molekülen aus Fusarium-Arten durchgeführt, die in Pflanzen immunogen wirken, d. h. in Arabidopsis thaliana frühe kanonische Immunreaktionen auslösen (pattern-triggered immunity, PTI). Das Auffinden und die Anreicherung solcher Moleküle ermöglichte es uns, nach Arabidopsis-Mutanten mit reduzierten Immunreaktionen auf diese Auslöser zu suchen. Auf der Grundlage dieses Screenings identifizierten wir den Zelloberflächenrezeptor MIK2 als exzellenten Kandidaten für den direkten Peptidligandenrezeptor für neue Elicitorpeptide aus Pilzpathogenen, einschließlich Fusarium. Unser Ziel ist es nun, diesen Rezeptor in einen größeren genetischen und biologischen Zusammenhang zu stellen. Zu diesem Zweck klonieren wir MIK2 Orthologe aus Nutzpflanzen, um die Konservierung von MIK2 im Pflanzenreich zu verstehen und vergleichen sie mit der verwandten endogenen SCOOP-Peptid-Erkennungsfunktion, wir analysieren die zelluläre Natur der erhöhten Anfälligkeit von mik2-Funktionsverlustmutanten und identifizieren die authentischen Peptid-Elizitor-Moleküle von Fusarium spp. und anderen Pilzen. Ein gezielter knock-out des MIK2 Gens in Tomaten komplementiert diesen Ansatz.