Forschungsfeld B: C4 Photosynthese

Zielsetzung

  • Identifizierung von Genen für den Blattaufbau und die Regulation der Photosynthese von C4-Pflanzen
  • Einbau der C4-Photosynthese in C3-Pflanzen

Nutzen:

  • Erweiterung der möglichen Anbaugebiete für jetzige C3-Nutzpflanzen

Hintergrund

Die C4-Photosynthese ist eine Spezialform der Photosynthese, die eine besondere Anpassung an gewisse Umweltfaktoren wie Hitze, niedrige C02-Konzentrationen oder Trockenheit darstellt und sich durch eine hohe Photosyntheseeffizienz auszeichnet. C4-Pflanzen können an heißen, trockenen Standorten mit hoher Lichteinstrahlung besser wachsen als C3-Pflanzen. C4-Pflanzen steuern im Verhältnis zu ihrer Anzahl einen sehr großen Anteil an pflanzlicher Biomasse auf der Erde bei. Auch einige unserer produktivsten Nutzpflanzen wie Mais, Hirse oder Zuckerrohr gehören zu den C4-Pflanzen, die meisten Nutzpflanzen betreiben allerdings C3-Photosynthese.
In diesem Forschungsschwerpunkt sollen die Unterschiede zwischen C3- und C4- Pflanzen in der Blattanatomie und der Regulation ihres Stoffwechsels untersucht und die entsprechenden Gene identifiziert werden. Das Verständnis dieser Mechanismen soll es ermöglichen, die C4- Photosynthese in C3-Pflanzen wie z.B. den Reis einzubauen, um deren Erträge zu erhöhen.

Forschungsprojekte des Forschungsfeldes B:

  • Mesophyll and bundle-sheath-specific transcriptomes of C3 /C4 species pairs 
  • Identification of C4 genetic determinants by a comparative transcriptome analysis of C3 and C4 Flaveria spp. and by forward genetics with Arabidopsis thaliana (Kumari Billakurthi)
  • Circadian control of transcriptomes and proteomes of C3 / C4 species pairs 
  • Unravelling the mechanisms that control bundle-sheath cell size in leaves of C4 plants (Thomas Wrobel)
  • Establishing a functional link between leaf development and C4 photosynthesis
  • The C4 cycle and its surrounding metabolism 
  • Alterations to the regulation of C4 enzymes during evolution of C4 photosynthesis (Meike Hüdig)
  • Structural evolution of phosphoenolpyruvate carboxylase kinase (PPCK) in the genus Flaveria
  • Nitrogen and Sulfur metabolism in C4 plants (Silke Weckopp)
  • Mathematical modelling of acclimation processes of the photosynthetic electron transport chain in green algae and plants
  • In silico studies of photosynthesis (Anna Matuszyńska)
Heinrich Heine University
University of Cologne
Max Planck Institute for Plant Breeding Research
Forschungszentrum Jülich