UHH-Graduiertengruppe "SIMOS – Strukturbiologie von Interaktionsmodulen bei Stress"

Abstract

Die Produktivität von Pflanzen wird während ihres Lebenszyklus fortwährend durch biotische (z.B. Pathogenbefall) und abiotische Stressfaktoren (z.B. Trockenheit oder Salzstress) negativ beeinflusst. Dies wird durch den an Dynamik zunehmenden Klimawandel weiter verschärft. Dabei kommt es an organismischen und zellulären Interaktionsflächen meistens nicht nur zum Auftreten eines einzelnen Stressfaktors, sondern oft zur Kombination mehrerer Faktoren, beispielsweise zum Pathogenbefall bei andauernder Trockenheit oder zur Infektion mit verschiedenen Pathogenen (Bakterien und Viren). Interaktionsflächen beinhalten molekulare Module zur Erkennung und Verarbeitung von Signalen, die durch die erwähnten Szenarien aktiviert werden. Die Wahrnehmung dieser Signale an Zellgrenzen und die Weiterleitung in einzelne Zellen bildet für eine Pflanze die Basis für eine integrierte Abwehrreaktion, die bei erfolgreicher Abwehr eine optimierte und nachhaltige Produktivität auch unter ungünstigen Standortbedingungen gewährleistet. Ziel der beantragten interdisziplinären Graduiertengruppe ist es, ausgewählte Module detailliert funktionell und strukturbiologisch in verschiedenen räumlichen und zeitlichen Auflösungsbereichen zu untersuchen, und die molekularen Abläufe in diesen Interaktions-Modulen bei der Reaktion auf Stressfaktoren aufzuklären. Die erwarteten Forschungsergebnisse und deren Publikation werden die Grundlage dafür schaffen, zukünftig die Komplexität und das Verständnis von entsprechenden Testsystemen zu erhöhen, um im Ergebnis die Produktivität von Nutzpflanzen mit ökonomischer Bedeutung zu verbessern.

Im Rahmen der geplanten Forschungsarbeiten werden zwei in der Graduiertengruppe etablierte biologische Systeme analysiert. Einerseits sollen Pilz-Pflanze-Interaktionen an Nutzpflanzen wie z.B. Weizen auf molekularer Ebene untersucht werden. Insbesondere soll die Rolle von bestimmten Enzymen (z. B. Callosesynthase) studiert werden, die den Aufbau des Interaktions-Moduls „Pflanzliche Zellwand“ steuern. Andererseits soll ein vorhandenes Modellsystem für biotische und abiotische Stressfaktoren genutzt werden, um die Signalerkennung und -weiterleitung am Interaktions-Modul „Plasmamembran der Zelle“ zu untersuchen. An der Plasmamembran verhindern Protein-modifizierende Enzyme (E3 Ubiquitinligasen) das Absterben von Zellen in Gegenwart biotischer oder abiotischer Stressfaktoren. Eine essentielle Voraussetzung für die Aufklärung der Funktion und Dynamik solcher Enzyme an Interaktionsflächen ist einerseits die Kenntnis ihrer post-translationalen Modifikation und andererseits die genaue Strukturaufklärung dieser Komponenten.

Zur Durchführung der geplanten Forschungsarbeiten soll die vorhandene Infrastruktur und Expertise der beteiligten Arbeitsgruppen im Bereich molekularbiologischer, biochemischer und molekularphysiologischer Methoden mit bildgebenden Methoden verschiedener Auflösungsbereiche, z.B. Konfokale Laser Scanning Mikroskopie (Biozentrum Klein Flottbek), und hochauflösenden Methoden zur Strukturaufklärung unter der am DESY  verfügbaren Synchrotronstrahlung (UHH, Laboratorium zur Strukturbiologie von Infektion und Entzündung, Geb. 22a, DESY), z.B. Proteinkristallographie und Röntgenkleinwinkel-beugung kombiniert werden.

Beteiligte Einrichtungen:

Universität Hamburg
Biozentrum Klein Flottbek

Universität Hamburg
Biochemie und Molekularbiologie

Sprecher:
Prof. Dr. Stefan Hoth
Biozentrum Kein Flottbek
Ohnhorststr. 18
22609 Hamburg
stefan.hoth@uni-hamburg.de