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Neue Wirkstoffe im Pflanzenschutz

Quantitative Funktionsanalyse
Zellbiologie ist traditionell qualitativ. Wir entwickeln Wege, um zu quantitativen Aussagen zu können. Damit entschlüsseln wir zelluläre Funktionen von Wirkstoffen oder Genen.

 

Worum geht es?

Landwirtschaft beruht weitgehend auf großflächigen Monokulturen in hoch-artifiziellen Lebensräumen. Konkurrenz zwischen Kulturpflanzen und spezialisierten Wildpflanzen (vom Menschen als „Unkräuter“ definiert) ist entscheidend für den Ertrag. Auch wenn das in der Öffentlichkeit gerne ignoriert wird: ohne Herbizide würde Landwirtschaft nicht funktionieren. Aber Herbizid ist nicht gleich Herbizid, was Wirksamkeit, Spezifität und ökologische Folgen angeht. Hier gibt es noch viel Raum für Verbesserungen und deshalb werden nach wie vor neue Wirkstoffe gesucht. Um diese Wirkstoffe verbessern und ihre Eignung einschätzen zu können, muss man wissen, wie sie funktionieren. Erstaunlicherweise sind die zellulären Wirkmechanismen häufig nicht klar. In einer Kooperation mit BASF-Limburgerhof geht es darum, für eine Serie vielversprechender Kandidaten diese Wirkmechanismen aufzuklären.

 

Wo stehen wir?

Wir haben über einen Zeitraum von zehn Jahren eine Phänotypisierungsplattform etabliert, mit der man die zelluläre Wirkung von Substanzen recht spezifisch abfragen kann. Grundlage sind eine Sammlung von Tabak-Zellkulturen, bei denen verschiedene zelluläre Zielstrukturen (unter anderem Actinfilamente, Mikrotubuli und Auxinsignalkomponenten) über fluoreszente Proteine sichtbar gemacht sind. Dies wird mit einer Quantifizierung verschiedener zellulärer Prozesse verknüpft und erlaubt es auch, sehr subtile Wirkungen einer Substanz zu erkennen und zu deuten.

 

Im Brennpunkt derzeit

Unter den erwähnten Wirkkandidaten gibt es einige, die einen Bezug zum Jasmonatstatus (Synthese und Wirkung) aufweisen. Um diese untersuchen zu können, soll im Vorfeld eine Phänotypisierung der Jasmonatwirkung etabliert werden. Die Bildung von Mikrotubulibündeln (sogenannten Makrotubuli), die Kontraktion von Actin und die Einleitung von programmiertem Zelltod sind heiße Kandidaten für zelluläre Prozesse, die durch Jasmonat ausgelöst werden.

 

Methodik

Es werden transgene fluoreszente Zellkulturen der Tabaklinie BY-2 eingesetzt, bei denen man das Verhalten von Mikrotubuli und Actinfilamenten über hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie (Apotom, spinning disc Konfokalmikroskopie) verfolgen kann. Für die Phänotypisierung der physiologischen Effekte werden Zeitreihen und Dosis-Wirkungskurven durchgeführt und dann quantitativ phänotypisiert. Interessante Parameter sind

  • Überlebensrate (Evans Blue Test)
  • Synchronie der Zellteilung (Häufigkeitsverteilung Zellzahl pro Faden)
  • Axialität (Verhältnis Länge zu Breite)
  • Mitotischer Index (nach fluoreszenter Kernfärbung)

 

Betreuung

Dr. Jan Maisch , Prof. Dr. Peter Nick

 

Plätze

  • 1 Studierende im Bachelor (als Modul 8, anschließende Bachelorarbeit)
  • 2 Studierende im Master (als F2, F3 und Masterarbeit zu dieser Thematik möglich)

 

Publikationen

97. Durst S, Nick P, Maisch J (2013) Actin-Depolymerizing Factor 2 is Involved in Auxin Dependent Patterning, J Plant Physiol170, 1057-1066 - pdf

[21] Nick P (2010) Probing the actin-auxin oscillator. Plant Signaling Behav 5, 4-9 - pdf