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Systemregulation, Prof. Dr. Mark Stitt
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Systemregulation, Prof. Dr. Mark Stitt

Pflanzen und Tiere verfügen über unterschiedliche Wachstums- und Überlebensstrategien. In ihren Blättern nutzen Pflanzen Licht als Energiequelle für die Photosynthese. Hierbei wird Kohlendioxid in Kohlenhydrate, wie Stärke und Zucker, umgewandelt. Wasser und anorganischen Nährstoffe werden über die Wurzeln aufgenommen. Die Assimilation von Nährstoffen (z.B., Nitrat) und die Synthese von Stoffwechselzwischenprodukten und Makromolekülen (z.B. Proteine) wird ebenfalls durch Lichtenergie ermöglicht, und zwar entweder direkt, oder indirekt durch die Veratmung der Kohlenhydrate, die bei der Photosynthese entstanden sind. Die daraus entehenden Ressourcen werden verwand, um weitere Blätter und Wurzeln oder Speicherorgane (z.B. Knollen) und Samen zu produzieren und so das Überleben und die Ausbreitung der Pflanzen zu sichern.

Schwerpunkt der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Mark Stitt ist die systemorientierte Analyse der Regulation des Kohlenhydrat- und Stickstoffstoffwechsel. Veränderungen im Angebot von Zuckern, Nitrat oder anderen stickstoffhaltigen Verbindungen führen zu weitreichenden und koordinierten Veränderungen des Stoffwechsels und des Wachstums der Pflanze. In der Arbeitsgruppe sollen einerseits solche Vorgänge präzise und umfassend erfasst und charakterisiert werden, andererseits sollen die Regulationsmechanismen besser verstanden werden. Die Fragen dabei sind: Welche Stoffe dienen als Boten, die eine Verfügbarkeit von Zucker und Stickstoff signalisieren? Welche Auswirkungen haben solche Signale auf die Expression der Gene, die im pflanzlichen Stoffwechsel, bei Wachstumvorgängen und in der Entwicklung beteiligt sind?

Hierzu wird die Expression mehrerer tausend Gene, die Aktivität von Enzymen, der Gehalt von Metaboliten und das Wachstum von Pflanzen untersucht. Diese Analysen werden bei Pflanzen unter verschiedenen Umwelbedingungen und bei Mutanten oder gentechnisch veränderten Pflanzen mit veränderter Expression ausgewählter Gene durchgeführt. Zunehmend wird bei den Untersuchungen auch die genetische Diversität verschiedener Ökotypen oder Arten genutzt. Die Hauptversuchspflanzen sind Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) und Tomate. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Forschung ist die Entwicklung von Software-Applikationen, die der Visualisierung und der Interpretation der Ergebnisse dienen.




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