SFB/TRR 175/1: Der Chloroplast als zentraler Knotenpunkt der Akklimation bei Pflanzen

Pflanzen passen sich ständig an Umweltveränderungen an (Akklimatisation), was mit Signalprozessen sowie genetischen und metabolischen Veränderungen einhergeht. Das Chloroplast ist Drehscheibe, Sensor und Ziel der Akklimatisation. Der TRR175 vereint die einzigartige Expertise von Arbeitsgruppen aus München, Kaiserslautern, Berlin/Golm und ab 2024 Bielefeld. Das Konsortium untersucht die Akklimatisation in den Modellsystemen Arabidopsis, Tabak, Chlamydomonas, Camelina und ab 2024 Chlorella. Während in der 1. Förderperiode die Akklimatisation an Kälte, Hitze und hohe Lichtintensität im Vordergrund stand, wurden in der 2. Förderperiode auch fluktuierende Lichtverhältnisse, Trockenheit und langanhaltende Kälteperioden mit einbezogen. Der TRR175 untersuchte auch die Rolle des nukleozytosolischen Kompartiments bei der Akklimatisation. Darüber hinaus wurden Ergebnisse der adaptiven Labor-Evolution (ALE) von Cyanobakterien erfolgreich auf Pflanzen übertragen. Die verbundweiten quantitativen Experimente ermöglichten ein hohes Maß an Synergie zwischen physiologischen, biochemischen und systembiologischen Ansätzen. In der 3. Förderperiode wird auch die Akklimatisation an multiplen Faktoren untersucht. Im Bereich A (Genetische Modulatoren) werden, aufbauend auf den Erkenntnissen der 2. Förderperiode, die Rolle der Phasentrennung, die räumliche Organisation von Akklimatisationsreaktionen und - in zwei neuen Projekten - die Akklimatisation bei multiplen Umweltveränderungen untersucht. Im Bereich B (Metabolische Modulatoren) werden Modulatoren identifiziert, die an der Redoxregulation, an Transportprozessen und am Primärmetabolismus beteiligt sind. Ein neues Projekt untersucht die Interaktion zwischen Photorezeptoren und Akklimatisation und analysiert Struktur-Funktionsbeziehungen. Im Bereich C (Signaltransduktion) wurde eine enge Verflechtung von biogener und operativer Signaltransduktion des Chloroplasten mit Akklimatisationswegen aufgedeckt. Der Schwerpunkt liegt nun auf den nukleären Transkriptionsfaktoren (TFs) und der Chloroplast Unfolded Membrane Protein Response. Im Bereich D (Data Mining und Modellierung) werden Akklimatisationsprozesse modelliert und rekonstruiert, quantitative Daten integriert und dies in einem neuen Projekt auf TF-Netzwerke ausgeweitet. Das zentrale wissenschaftliche Projekt Z1 bündelt quantitative biologische Ansätze und verfolgt innovative Projekte. Dazu gehören neue Ansätze zur Vorwärtsgenetik (pamiR-Ansatz) und zur Verbesserung der photosynthetischen Akklimatisation (F2P2) sowie die Ausweitung von ALE auf Grünalgen. Bei Leindotter werden wir zusätzliche transgene Linien mit verbessertem Kohlenhydrat- und Carotinoid-Stoffwechsel erzeugen. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, die Komplexität der Akklimatisation zu entschlüsseln und effektiv genetische Faktoren mit großem Potenzial zur Verbesserung der Akklimatisation bei Nutzpflanzen zu identifizieren.