Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

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LSP Projekt 2-2

Steigerung der Zelluloseproduktion durch Modulierung des pflanzlichen Membranverkehrs

Pflanzliche Zellwände sind ein bedeutender Rohstoff ("Zellstoff") für diverse industrielle Prozesse. Die Optimierung pflanzlicher Zellwandproduktion und die Identifikation und Untersuchung neuer molekularer Ansatzpunkte zu ihrer genetischen Modifikation sind daher von Interesse für die biotechnologische Anwendung. Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände ist Zellulose, neben anderen wie Hemizellulosen und Pektin. Zellulose wird durch Zellulosesynthasen gebildet. Zellulosesynthasen sind Proteinkomplexe aus mehreren Untereinheiten, die in die Plasmamembran eingebettet sind und intrazellulären Zytoskelettstrukturen folgend extrazellulär Zellulose ablagern. Die Abundanz der funkionalen Enzymkomplexe in der Plasmamembran wird u.a. durch die Raten von Membran-Insertion und Membran-Recycling bestimmt. Die Steuerung dieser Aspekte des pflanzlichen Membranverkehrs durch regulatorische Membranlipide ist der Hauptfokus unserer laufenden Grundlagenforschung.

In Vorarbeiten haben wir das Inositol-haltige Phospholipid Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphat (PIP2) als neuen Faktor identifiziert, über den die Abundanz aktiver Zellulosesynthase-Komplexe in der Plasmamembran beeinflusst werden kann. PIP2 ist ein wichtiges regulatorisches Element des eukaryotischen Membranverkehrs und seine Biosynthese kann auch in Pflanzen nicht ohne maßgeblichen Einfluss auf das Wachstum modifiziert werden. Pflanzen mit veränderter PIP2-Bildung zeigen daher neben vedickten Zellwänden eine Reihe von Wachstums- und/oder Entwicklungsdefekten. Um eine veränderte PIP2-Bildung für die Steigerung der Biomasseproduktion einsetzen zu können, müssen diese Effekte umgangen werden. Im laufenden Projekt sollen genetisch modifizierte Arabidopsis-Pflanzen etabliert und charakterisiert werden, in denen die Gehalte an PIP2 lokal und/oder induzierbar so moduliert werden, dass eine erhöhte Zellwandbildung resultiert. Die Experimente am Modellsystem Arabidopsis sollen als Grundlage für einen späteren Transfer des Systems in Nutzpflanzen dienen.

Die Experimente werden in enger Abstimmung mit der Fa. Phytowelt Green Technologies GmbH (Köln) durchgeführt, die u.a. auf die Umsetzung von Phytomasseprojekten spezialisiert ist. Zur Koordination und Auswertung der anwendungsrelevanten Ergebnisse sind regelmäßige Treffen geplant. Ein formaler letter of intent liegt dem Antrag bei.

Mitarbeiter/-innen

Prof. Dr. Ingo Heilman, Projektleiter

Tel: 0345 55 24840

Dr. Irene Stenzel

Tel: 0345 55 24865/ -68

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