Forschung leicht erklärt

Pflanzen produzieren - im Gegensatz zu Tieren - eine erstaunliche Vielfalt an verschiedenen Substanzen. Neben Farb-, Geruchs- und Geschmacksstoffen gehören dazu auch mehr als 200.000 hochpotente Wirkstoffe, mit denen sie Feinde vertreiben oder Bestäubungsinsekten anlocken. Viele dieser Substanzen werden als Leitstrukturen für Medikamente oder Kosmetika genutzt. Welche genetischen und biochemischen "Werkzeuge"machen Pflanzen zu solch leistungsfähigen Stoffproduzenten? Wie werden die komplizierten Synthesewege angeschaltet und koordiniert? Was genau passiert, wenn Pflanzen Krankheitserreger abwehren? Diese und andere Fragen werden am Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in vier wissenschaftlichen Abteilungen bearbeitet.

Molekulare Signalverarbeitung
Die Abteilung Molekulare Signalverarbeitung befasst sich mit Reaktionen von Pflanzen auf abiotische und biotische Stressfaktoren, wie Nährstoffmangel und Krankheitserreger sowie die Rolle von pflanzlichen Hormonen bei diesen Abwehr- und Schutzmechanismen. Dabei steht besonders die Wurzel im Fokus der Untersuchungen, die in Reaktion auf Phosphatmangel ihre Verzweigungsstruktur ändert und Stoffe absondert, die organische Bodensubstanzen abbauen und damit neue Phosphatquellen erschließen. Darüber hinaus erforscht man hier die Synthese und Regulation von Senfölglycosiden, eine Stoffgruppe, die besonders Kreuzblütengewächsen, wie Senf oder Meerrettich ihren scharfen Geschmack verleiht und diese vor Insektenfraß und mikrobiellen Krankheitserregern schützt.

Natur- und Wirkstoffchemie
Wissenschaftler der Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie suchen nach neuen Inhaltsstoffen in Pflanzen und Pilzen, die als Leitstrukturen für die Entwicklung neuer Medikamente dienen könnten. Dabei geht es nicht nur um die effiziente Isolation der Wirkstoffkomponenten aus der Pflanze sondern auch nach Möglichkeiten und Wegen zu suchen, die gefundenen Substanzen im Reagenzglas herzustellen und in ihrer Wirksamkeit zu optimieren. Unterstützt wird diese Suche nach dem optimalen Wirkstoff durch unsere theoretischen Chemiker der Arbeitsgruppe Computerchemie. Mit Berechnungen an hochleistungsfähigen Computern versuchen sie das Bindungsverhalten bestimmter Moleküle zu simulieren und somit Informationen über die chemische Aktivität und die pharmazeutische Wirksamkeit der untersuchten Substanzen zu gewinnen.

Stress-und Entwicklungsbiologie
Wie reagieren Pflanzen auf bestimmte stressauslösende Umweltfaktoren ist die zentrale Frage der Abteilung Stress- und Entwicklungsbiologie. Um Krankheitserreger erfolgreich zu bekämpfen, müssen Pflanzen zunächst zwischen "Fremd" und "Selbst" unterscheiden. Über komplizierte Reaktionsketten wird das Signal "Achtung Feind" von außen ins Innere der Zellen transportiert. Hier im Zellkern erfolgt dann die Aktivierung von bestimmten Abwehrgenen. Wie dieser Informationstransfer vonstatten geht und welche Gene an der Immunantwort beteiligt sind, ist für die Forscher dieser Abteilung besonders interessant.

Stoffwechsel- und Zellbiologie
Pflanzen produzieren eine Vielzahl von Stoffen, die auf den ersten Blick für ihr Überleben nicht dringend notwendig zu sein scheinen. Diese Substanzen, wie zum Beispiel Farb-, Geruchs- oder Geschmacksstoffe nennt man Sekundärmetaboliten. Wissenschaftler interessiert besonders, wie diese Substanzen produziert werden und welche biologische Funktion sie für die Pflanze erfüllen. Ein weiteres zentrales Thema dieser Abteilung ist die Biochemie und Molekularbiologie der sogenannten Mykorrhiza - eine symbiontische Lebensgemeinschaft zwischen Pflanze und Pilz, die Vorteile für beide Organismen bringt.