Bioeconomy Science Center
Forschung und Kooperation für nachhaltige BioÖkonomie

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Forschung und Kooperation für nachhaltige BioÖkonomie

Prof. Peter Westhoff | HHU Düsseldorf | Entwicklungs- und Molekularbiologie der Pflanzen

Forschungsthemen und Profil (mit Bezug zur Bioökonomie)

Wie die C4-Photosynthese sich aus der C3-Photosynthese evolutionär entwickelt hat und wie die Photosynthesemaschinerie in der Thylakoidmembran höherer Pflanzen auf- und zusammengebaut wird, sind zwei zentrale Forschungsthemen meines Labors. Parallel dazu interessieren wir uns dafür, wie genomische Technologien eingesetzt werden können, um die genetische Basis agronomisch wichtiger Eigenschaften von Kulturpflanzen molekular zu entschlüsseln.

(1)    Molekulare Evolution der C4-Photosynthese

Die C4-Photosynthese ist eine Hochleistungsform der Photosynthese und setzt sich durch ein Bündel anatomischer, biochemischer und physiologischer Unterschiede von der "normalen" C3-Photosynthese ab. C4-Pflanzen sind polyphyletischen Ursprungs, d.h. evolutionär gesehen muss es relativ einfach gewesen sein, C4- aus C3-Pflanzen zu entwickeln. Wir möchten verstehen lernen, welche genetischen Veränderungen während dieser Evolutionsprozesse abgelaufen sind und benutzen dafür den Formenkreis Flaveria als unser evolutionäres Modellsystem. Die gewonnenen Erkenntnisse wollen wir dafür einsetzen, um heutige C3-Kulturpflanzen, wie z.B. den Reis, in C4-Pflanzen umzuwandeln.

(2)    Biogenese der Thylakoidmembran höherer Pflanzen

Die Thylakoidmembran ist der zentrale Ort der Energieumwandlung einer Pflanzenzelle. Sie ist aus mehreren multimeren Proteinkomplexen wie den Photosystemen I und II, dem Cytochrom b/f-Komplex und der ATP-Synthase aufgebaut, deren genetische Kodierung sich das Kern- und Plastidengenom teilen. Wir möchten wissen, wie diese Membran während der Ontogenese von Plastiden aufgebaut wird und welche Helfer- bzw. Regulatorproteine dafür benötigt werden. Die Kruzifere Arabidopsis thaliana dient als unser Experimentalsystem.

(3)    Molekulare Analyse komplexer, agronomisch wichtiger Eigenschaften bei Kulturpflanzen

Die meisten agronomisch relevanten Eigenschaften bei Kulturpflanzen sind polygenischer Natur. Wir interessieren uns (in Zusammenarbeit mit kommerziellen Pflanzenzüchtern) dafür, welche Majorgene Mais befähigen, besser mit Kühle, Trockenheit und Nitratmangel umzugehen und möchten diese Gene über kartengestützte Ansätze molekular klonieren.

Beiträge zum BioSC

Mein Labor ist in der Molekularbiologie der C3- und C4-Photosynthese sowie in der molekularen Charakterisierung und Identifizierung agronomischer QTL ausgewiesen. Die Steigerung der pflanzlichen Produktion durch Optimierung der Photosynthese ist damit der erste Schwerpunkt unserer Arbeiten im Rahmen des BioSC. Wir arbeiten seit zwei Jahrzehnten kontinuierlich und erfolgreich mit kommerziellen Mais- und Zuckerrübenzüchtern zusammen und besitzen eine umfangreiche Expertise in der Marker-gestützten Kartierung und molekularen Charakterisierung/Identifizierung agronomisch wichtiger QTL. Diese Erfahrungen und Kenntnisse können wir in Projekte einbringen, wo molekularbiologische mit züchterischer Expertise verknüpft werden muss.

Homepage der Core Group Prof. Westhoff