|
|
Das Savannen-Projekt
Für den Prozess der Photosynthese haben sich während der Evolution verschiedene Haupttypen entwickelt. In C3-Pflanzen wird CO2 durch das Enzym Ribulosebisphosphat-Carboxylase/Oxygenase (RubisCO), das auch die Photorespiration einleitet, fixiert, und das primäre Photosyntheseprodukt Phosphoglycerat (3 Kohlenstoffatome) gebildet, während in C4-Pflanzen zuerst Oxalacetat durch die Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEPC) gebildet wird (4 Kohlenstoffatome). C4-Pflanzen sind den meisten C3-Pflanzen vor allem dann überlegen, wenn die klimatischen Bedingungen das Auftreten der Photorespiration begünstigen. C3-Pflanzen benötigen etwa zwei- bis dreimal soviel Wasser zur Bildung der gleichen Trockenmasse wie C4-Pflanzen. Die optimale Wachstumstemperatur bei C4-Pflanzen liegt zwischen 30 und 45 °C, für C3-Pflanzen dagegen bei 15–25 °C. Diese Parameter begünstigen C4-Gräser in den Savannen Westafrikas, wo sie das Landschaftsbild dominieren, und dieser Selektionsvorteil gegenüber C3-Pflanzen wird durch den prognostizierten Klimawandel weiter gefördert.
Ein Modellsystem, das im Projekt untersucht wird, ist die Gattung Panicum, der auch wirtschaftlich wichtige Arten angehören (Notgetreide wie Panicum laetum oder Weidegräser). In ausgewählten Panicum-Taxa der drei verschiedenen C4-Stoffwechseltypen NADP-ME, NAD-ME und PCK werden die biochemischen Eigenschaften des C4-Schlüsselenzyms PEPC und die jeweilige Gensequenz einschließlich der regulatorischen Vorsequenzen ermittelt, um Rückschlüsse sowohl auf die potentielle Effizienz des Enzyms unter Bedingungen des Wassermangels als auch auf den Ablauf der Evolution der drei Stoffwechseltypen innerhalb des Genus zu ermöglichen.
|
Sowohl auf evolutionärer wie auch auf der individuellen entwicklungsphysiologischen Ebene reagieren Pflanzen auf ungünstige Umweltbedingungen mit einer Vielzahl von morphologischen, physiologischen und molekularen Veränderungen, die ihre Entwicklung und ihren Reproduktionserfolg beeinflussen. Wassermangel ist weltweit der wichtigste limitierende Faktor für das Pflanzenwachstum, und dieser Einfluss wird sich im Zuge des Klimawandels vor allem auch in Westafrika verstärken. Unter Stressbedingungen wird die Genexpression von Pflanzen erheblich verändert – diese Veränderungen werden im Allgemeinen auf der Ebene der mRNA als Transkriptomanalyse studiert. Nun reflektieren veränderte Expressionsmuster von Proteinen nicht zwingend die tatsächliche Situation auf zellulärer, enzymatischer bzw. metabolischer Ebene. Die Proteinfunktion wird zudem oft durch posttranslationale Modifikationen und Regulationen der Enzymaktivität an die aktuellen Bedürfnisse angepasst. Eine detaillierte Untersuchung auf der Ebene des Proteoms ist daher notwendig, um die Anpassungsmechanismen von Pflanzen an Trockenstress sowohl auf individueller als auch auf evolutionärer Ebene zu verstehen. Als Methode der Wahl werden Proteinproben von trockengestressten und wieder erholten Pflanzen mit Hilfe der zweidimensionalen Gelelektrophorese aufgetrennt. Eine direkte Identifikation individueller im Zuge der Stressanpassung auffälliger Proteine erfolgt dann durch 2-D-Fluorescence Difference Gel Electrophoresis (2D-DIGE) mit anschließender Massenspektrometrie. Neben wichtigen Wildgetreiden der Gattung Panicum aus der westafrikanischen Sahel- und Sudanzone mit unterschiedlicher Dürreresistenz werden auch Kultivare wichtiger afrikanischer Nutzgetreide aus Trockengebieten (Gerste, Sorghum bicolor) untersucht.
Kooperationspartner: M. Karas, Pharmazeutische Chemie, Goethe-Universität Frankfurt, A. Ashoub, Agricultural Genetic Engineering Research Institute (Gizeh, Ägypten)
|
Die Resultate der Untersuchungen sollen die Frage beantworten, ob sich anhand physiologischer Eigenschaften von Modellarten Voraussagen über potentielle zukünftige Arealveränderungen machen lassen und wenn ja, inwieweit hiervon wirtschaftlich wichtige Arten betroffen sind.
|
|
geändert am 24. März 2011 E-Mail: Webmasters1533871@stud.uni-frankfurt.de
|
|
Zur Navigationshilfe
|
Cross-Navigation
KONTAKT
Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Brüggemann
Institut für Ökologie, Evolution und Diversität
Ökophysiologie der Pflanzen
Biologie-Campus Westend
Siesmayerstraße 70
60323 Frankfurt am Main
(Gebäude B, Raum 122)
E-Mail:
W.Brueggemann@bio.uni-frankfurt.de
Tel.: +49.(0)69.798.24745
Fax.: +49.(0)69.798.24822
Zur Navigationshilfe
|