Team
Die aktuellen Forschungsvorhaben der Abteilung konzentrieren sich hauptsächlich auf drei Bereiche:
- Verbesserung von Nachernteeigenschaften
- Gezielte Wachstumsregulation
- Etablierung moderner in vitro und molekularbiologischer Techniken - wie CRISPR/Cas9 - zur genetischen Modifikation und Verbesserung von Qualitätsmerkmalen in ausgewählten Zier- und Modellpflanzen
Die Schwerpunkte der Forschungsthemen tragen zur Grundlagen- und angewandten Forschung bei und führen zur Entwicklung neuer Strategien zur Verbesserung von Qualität und Nachhaltigkeit in den untersuchten Organismen.
Verbesserung von Nachernteeigenschaften bei Zierpflanzen
Lebensdauer und Nacherntequalität von Zierpflanzen werden häufig durch die Anwesenheit von Ethylen in der Umwelt negativ beeinflusst. Das Reifungshormon Ethylen induziert hierbei typische Effekte, wie Welke und abfallende Knospen und Blüten, allein oder auch in Kombination mit dem Verlust oder Vergilben der Blätter. In unseren Studien untersuchen und evaluieren wir eine Vielzahl effektiver Möglichkeiten, in der die Reaktion der Pflanze auf das Ethylen gezielt gestört ist, indem die Bindungsstellen für das Hormon am Rezeptor blockiert oder ausgelöste Reaktionen der Pflanze nach der Bindung von Ethylen verhindert werden.
Eine Möglichkeit hierfür bietet das mutierte Ethylenrezeptorgen etr1-1 (ETHYLENE RESPONSE 1) aus Arabidopsis thaliana, dessen Expression entweder unter Kontrolle des Blütenorgan-spezifischen FBP1 Promoters aus Petunien oder des Seneszenz-spezifischen SAG12 Promotors aus Arabidopsis gesteuert wird. Diese Strategie ist bereits erfolgreich für diverse blühende Topfpflanzen etabliert worden, wie z.B. Pelargonium zonale, Campanula carpatica, Kalanchoë blossfeldiana sowie einige Orchideen und Kakteen. Nachfolgend wurde die ektopische Expression dieser Transgene und die physiologische Reaktion in pflanzlichen Organen, wie Knospen, verschiedenen Blütestadien und/oder Blättern, auf endogenes Ethylen untersucht. Etr1-1 verhinderte wirksam das Welken von klimakterischen Blüten und die Blattvergilbung, abhängig von Wirkungsort und Expressionsstärke der in den Studien verwendeten Promoteren.
Eine nicht transgene Strategie beschreibt den Einsatz von Cyclopropen-Derivaten. Vor allem 1-MCP (1-Methylcyclopropen) hat sich als höchst wirksame und umweltverträgliche Verbindung erwiesen, die in der Lage ist, an Ethylenrezeptoren zu binden, diese dauerhaft zu blockieren und auf diese Weise eine Ethylenantwort in Pflanzen zu unterbinden. In einer Reihe von Studien haben wir die Wirkungsweise dieser Verbindungen in Bezug auf verbesserte Nachernteeigenschaften für eine Reihe blühender Topfpflanzen evaluiert. In unseren jüngsten Studien konnte wir hier eindrucksvolle Effekt für Blüten von zwei Phalaenopsis Züchtungen zeigen, an denen HarvistaTM (eine sprühbare Formulierung von 1-MCP) und SmartFreshTM (eine Pulverformulierung, die 1-MCP-haltiges Gas freisetzt) appliziert worden ist, im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollpflanzen.
Wachstumsregulation bei Zierpflanzen
Eines der wichtigsten Qualitätsmerkmale, die die Attraktivität und Transportbedingungen von Topf- und Beetkulturen bestimmen, ist ein kompakter Wuchshabitus. Viele kommerzielle Behandlungen zur Erzielung einer kompakten Wuchsform in Zierpflanzen umfassen chemische Hemmstoffe, die jedoch gefährlich/giftig für die Umwelt und menschliche Gesundheit sind. In unseren Studien konzentrierten wir uns auf die Entwicklung alternativer und nachhaltiger Methoden zur Beeinflussung des unerwünschten Streckungswachstums in ausgewählten Zierpflanzen.
In aktuellen Studien konnten wir zeigen, dass ein effektiver Ansatz zur Wachstumsregulation durch Manipulation des MKS1 Gens aus Arabidopsis thaliana möglich ist, was erfolgreich auf die Arten Kalanchoë blossfeldiana und Petunia hybrida übertragen werden konnte. Transgene Linien von Kalanchoë und Petunia, angezogen unter Gewächshausbedingungen, zeigten im Vergleich zum jeweiligen Wildtypen signifikant verkürzte Internodien. Ähnliche Ergebnisse konnten ebenfalls durch Überexpression des GA2ox Gens aus Nicotiana tabacum in Kalanchoë und Petunia erzielt werden. Eine konstitutive Überexpression des Gens führte in beiden untersuchten Organismen zu einem kompakten Phänotyp, jedoch wurde auch eine verzögerte Blüte als negativer Nebeneffekt beobachtet.
Eine neuartige Alternative zu den umweltgefährdenden und synthetischen Hemmstoffen bietet sich durch die Möglichkeit Ethanol als gezielten Wachstumsregulator in Topfkulturen einzusetzen. Erste Studien wurden bereits in typischen Topfpflanzen, wie Kalanchoë, Petunia und Campanula, durchgeführt. Bisher konnten wir verschiedene Applikationsmethoden und Zeitintervalle in der Anwendung untersuchen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Ethanol eine wirksame und ungefährliche Behandlungsweise darstellt, um in den untersuchten Pflanzenarten, abhängig von der Sorte, einen kompakteren Wuchsphänotyp zu erzielen.
