Forschung: Wie Pflanzen ihre Umgebungstemperatur spüren und verarbeiten

Der Brandenburger Wissenschaftler Philip Wigge, Programmbereichsleiter am Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) und Professor an der Universität Potsdam, ist mit der Bewilligung für die renommierte Förderung eines ERC Advanced Grant ausgezeichnet worden.

In seinem ehrgeizigen Forschungsprojekt "TIPTOP" möchte Philip Wigge molekulare Mechanismen zur Temperaturmessung in Pflanzen aufklären, um zu verstehen, wie sie auf ihre aktuellen Umweltbedingungen reagieren. Bild: GABOT.

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Für seine zukunftsweisende Forschung im Projekt „TIPTOP - Temperature Integration via Phase Change and Translation of Proteins in Plants“ erhält er von der Europäischen Kommission 2,14 Mio. Euro über einen Zeitraum von fünf Jahren. Die ERC Advanced Grants unterstützen herausragende leitende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ganz Europa in ihrer Spitzenforschung.

In seinem ehrgeizigen Forschungsprojekt "TIPTOP" möchte Philip Wigge molekulare Mechanismen zur Temperaturmessung in Pflanzen aufklären, um zu verstehen, wie sie auf ihre aktuellen Umweltbedingungen reagieren.

Zur Anpassung an sich ändernde Umgebungstemperaturen haben Pflanzen im Laufe der Evolution vielfältige Mechanismen entwickelt. Unter Anderem müssen Pflanzen Informationen zur Umgebungstemperatur schnell erfassen und ihren Stoffwechsel daran anpassen können, um zu überleben. Pflanzen verwenden Temperaturinformationen, um saisonale Entscheidungen zu treffen, zum Beispiel wann sie blühen und wachsen sollen, oder reagieren auf kurzfristige Änderungen, um sich vor Kälte- und Hitzestress zu schützen. Für all diese Reaktionen müssen Pflanzen in der Lage sein, die aktuelle Temperatur zu erfassen.

Die Forschung an den Mechanismen, mit denen Pflanzen die Temperatur erfassen und ihr Verhalten anpassen, ist in Zeiten des raschen Klimawandels für die Landwirtschaft von besonderer Bedeutung. Pflanzen sind besonders anfällig für schnelle Temperaturänderungen. Zum Beispiel kam es in den letzten Wochen zum Verlust von mindestens einem Drittel der französischen Weinproduktion im Wert von 2 Mrd. Euro aufgrund von Kälteeinbrüchen. Hitzestress kann auch Ernteverluste verursachen, man geht von etwa 10% Ernteverlust für jeden weiteren Temperaturanstieg von 1ºC aus. Da extreme Wetterereignisse aufgrund der Klimaerwärmung immer häufiger auftreten, ist es von größter Bedeutung, dass wir verstehen, wie Pflanzen Temperaturinformationen erfassen und verwenden, damit wir klimaresistente Pflanzen züchten können.

Im Projekt TIPTOP untersucht Philip Wigge, wie Pflanzen ein korrektes Temperatursignal ermitteln können, auch wenn das sie umgebende Makro- und Mikroklima kurzfristig starken Schwankungen unterliegt. Bisher unbekannt sind auch die Prozesse, wie die Temperatursignale, die in einzelnen Zellen ermittelt werden, über die gesamte Pflanze integriert werden, um dann eine koordinierte Reaktion durch Veränderung von Wachstums- und Entwicklungsvorgängen auszulösen. Das Projekt nutzt die jüngsten Erkenntnisse von Wigges Team, das erforscht, wie einzelne Proteine und RNA-Moleküle als Miniatur-Temperatursensoren fungieren, und nutzt synthetische Biologie, um temperaturempfindliche Schaltkreise in der Zelle neu zu konstruieren.

Philip Wigge leitet den Programmbereich „Funktionelle Pflanzenbiologie“ am IGZ und erforscht in seiner Arbeitsgruppe insbesondere die pflanzliche Temperatursensorik. Mit seiner Gruppe entziffert Philip Wigge die zugrundeliegenden Mechanismen der Temperaturwahrnehmung und nutzt dieses Wissen für die Züchtung klimaresistenter Nutzpflanzen für den Gartenbau.

Spitzenforschung in Brandenburg

In diesem Jahr war das Land Brandenburg beim europäischen Wettbewerb um Mittel des ERC besonders erfolgreich, da neben dem IGZ auch das Astrophysikalische Institut Potsdam (AIP), ebenfalls ein Institut der Leibniz Gemeinschaft, Mittel vom renommierten ERC eingeworben hat. Europäische Spitzenforschung ist in Brandenburg zu Hause, bei so unterschiedlichen Themen wie der Entstehung von Galaxien (AIP) und der Aufklärung der Temperatursensoren in einer einzelnen Pflanzenzelle (IGZ).

ERC Advanced Grants

Die Förderlinie „ERC Advanced Grant“ ist ein Instrument des Europäischen Forschungsrats (ERC) der Europäischen Kommission und fördert etablierte Spitzenwissenschaftlerinnen und –wissenschaftler mit einem herausragenden wissenschaftlichen Forschungsprofil, um neue visionäre, bahnbrechende und wissenschaftlich riskante Forschungsgebiete zu erschließen. Das Förderprogramm des ERC gehört zu den bedeutendsten und am härtesten umworbenen in Europa. Seit 2009 werden ERC Advanced Grants an alle Fachrichtungen vergeben. In der aktuellen Antragsrunde wurden europaweit 2.678 Anträge eingereicht. (IGZ)

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