Arbeitsgruppe Prof. Dr. Jutta Papenbrock

Schwefelstoffwechsel und abiotischer Stress in Pflanzen

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten des Schwefelstoffwechsels, vor allem auf molekularer Ebene. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist der Einsatz verschiedener Halophyten und Glycophyten als Biofilter, als Nahrungsmittel, als Quelle wertvoller Pflanzeninhaltsstoffe, als biologisches Abbausystem von Xenobiotika etc. Die Vielfalt der natürlichen Variabilität von Pflanzen soll untersucht und genutzt werden.

Schwefelstoffwechsel und abiotischer Stress in Pflanzen

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten des Schwefelstoffwechsels, vor allem auf molekularer Ebene. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist der Einsatz verschiedener Halophyten und Glycophyten als Biofilter, als Nahrungsmittel, als Quelle wertvoller Pflanzeninhaltsstoffe, als biologisches Abbausystem von Xenobiotika etc. Die Vielfalt der natürlichen Variabilität von Pflanzen soll untersucht und genutzt werden.

VORKOMMEN UND FUNKTION VON SULFOTRANSFERASEN IN HÖHEREN PFLANZEN

Sulfotransferasen sind eine Gruppe von Enzymen, die in Prokaryoten und Eukaryoten weit verbreitet sind. Die Proteine übertragen eine Sulfatgruppe von 3´-Phosphoadenosin 5´-phosphosulfat (PAPS) auf eine Hydroxylgruppe verschiedenster Substrate. Ihre Funktionen im Organismus sind vielfältig. In Tieren reichen sie von Entgiftungsfunktionen verschiedener Xenobiotika über Aufgaben im Steroidhormonstoffwechsel. Für Pflanzen werden Funktionen im Wachstum, der Entwicklung sowie der Anpassung an Stress vermutet. In Arabidopsis konnten 21 Gene identifiziert werden, die Ähnlichkeiten zu Sulfotransferase-Sequenzen aufweisen. Es gab Hinweise, dass drei der Genprodukte in die Glucosinolatbiosynthese involviert sind. Diese Hypothese konnte über Transkriptom- und Metabolomanalyse sowie in in-vitro Enzymtests bestätigt werden. Die in vivo Funktion der drei SOT-Protein wird mit Hilfe von verschiedenen Mutanten, T-DNA Insertionsmutanten, Überexpressionslinien und CRISPR/Cas Mutanten.

Mehr Informationen: DOI: 10.1038/s41598-017-04539-2

Gefördert durch: DFG (ausgelaufen)

GLUCOSINOLATE-BIOSYNTHESE UND IHER ROLLE IN ABIOTISCHEM STRESS

Glucosinolate (Gls) sind schwefelhaltige sekundäre Metaboliten, die nur in der Ordnung Capparales gefunden werden. Gls spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von biotischem Stress. Ihre Rolle in der abiotischen Stressabwehr ist jedoch nicht gut verstanden. Es wurde beobachtet, dass sich der Gehalt an indolischen sowie aliphatischen Gls als Reaktion auf abiotischen Stress ändert, was auf eine spezifische Rolle hindeutet. In diesem Projekt soll die Rolle von Gls und ihren Abbauprodukten in abiotisch gestressten Pflanzen aufgeklärt werden. Dieses Ziel soll erreicht werden, indem Knock-Out-Mutanten, in denen verschiedene Gene der Gls-Synthese und anderen verwandten Sekundärmetaboliten ausgeschaltet sind, Hitze und Trockenstress ausgesetzt und vergleichend zu Kontrollen untersucht werden.

Mehr Informationen: DOI: 10.1007/s12374-019-0143-x

Gefördert durcheigene Finanzierung

HALOPHYTEN ALS BIOFILTER UND WERTVOLLES NEBENPRODUKT IN DER MARINEN AQUAKULTUR

Aufgrund ihrer besonderen physiologischen Eigenschaften und biochemischen Zusammensetzung sind Halophyten eine für verschiedene Studien und biologische Anwendungen interessante Pflanzengruppe. Unser Interesse gilt ihrem Potential als Biofilter, für die Phytoremediation und als Kulturpflanze. Durch ihre Fähigkeit an salzhaltigen Standorten zu wachsen sind sie für Recycling-Prozesse von hoch nährstoffhaltigen Abwässern aus der marinen Aquakultur einsetzbar. Eine aus verschiedenen Halophyten (inkl. Mangroven) bestehende biologische Filter-Kaskade könnte für die Reinigung des Wassers ebenso wie für die Phytoremediation von salzkontaminierten Gebieten eingesetzt werden. Das Potential verschiedener Halophyten im Hinblick auf Nährstoffaufnahme, Remediation und Abbau von Antibiotika wird in Labor- und Feldstudien untersucht. Um Ökotypen mit verschiedenen Eigenschaften und Ansprüchen zu unterscheiden wird eine Barcoding-Methode für Halophyten entwickelt. Außerdem werden mögliche Anwendungsgebiete ausgewählter Halophyten mit Filterkapazitäten in Betracht gezogen und untersucht. Neben der Verwendung als Nahrungs- und Futtermittelpflanze spielt hierbei das nutraceutische und biotechnologische Potential der Halophyten eine Rolle. 

Mehr Informationen: DOI: 10.1007/s10499-015-9898-3, DOI: 10.1016/j.biortech.2016.08.047

Gefördert durchDBU (ausgelaufen), EU Integrated on farm Aquaponics systems for co-production of fish, halophyte vegetables, bioactive compounds, and bioenergy (AquaCombine)

CHARAKTERISIERUNG VON SEEGRÄSERN UND ANALYSE IHRER INHALTSSTOFFE

Seegräser sind Blütenpflanzen, die zu einer der vier Familien Cymodoceae, Hydrocaritaceae, Posidoniaceace oder Zosteraceae (Alismatales) gehören. Seegräser sind die einzigen Angiospermen, die in Meerwasser wachsen und die Gezeiten unbeschadet überstehen. Für diesen Lebensraum sind eine Reihe von spezifischen Adaptionen nötig, was diese Pflanzen zu einem außerordentlich interessanten Forschungsgebiet macht. Der Fokus unserer Untersuchungen liegt auf der genetischen Analyse durch die Entwicklung eines DNA Barcoding Systems Weiterhin sollen Gehalt und Zusammensetzung phenolischer Säuren über Verwandtschaftsverhältnisse geben (Chemotaxonomie). Durch die maritime Lebensweise gibt es in Seegräsern, wie auch in Makroalgen sulfatierte Polysaccharide, die den Organismus vor einem osmotischen Kollaps bewahren. Da ein Nachweis bislang nur in Seegräsern erfolgte und nicht in terrestrischen Blütenpflanzen, würde sich diese Stoffgruppe ebenfalls eignen, um über physiologische Eigenschaften Feinheiten der Phylogenie zu klären. Weiterhin stellt sich die Frage, welches Enzym diesen Stoffwechselweg katalysiert, da die entsprechende Sulfotransferase bislang nicht nachgewiesen wurde.

Mehr Informationen: dx.doi.org/10.1080/14772000.2015.1046408

Gefördert durchDAAD, Kooperation mit verschiedenen Partnern aus dem Ausland

DIE ETABLIERUNG VON BEREITS STRESSTOLERANTEN PFLANZEN ALS NEUE NUTZPFLANZEN MIT VERSCHIEDENEN NUTZUNGSFORMEN

VIDEO

Die vorhandenen Anpassungsmechanismen der heutzutage angebauten Nutzpflanzen an den weltweiten Klimawandel scheinen nicht auszureichen. Eine Folge davon ist, dass die für den Anbau nutzbare Kulturfläche dramatisch abnimmt. Unser Ziel ist es, neue Pflanzenarten für den Anbau auf diesen, nicht mehr für die herkömmlichen Nutzpflanzen brauchbaren Flächen zu finden. Diese Arten, z.B. Lablab purpureus (L.) SWEET, sollen eine hohe Toleranz gegenüber abiotischen Stressfaktoren, im Besonderen eine hohe Toleranz in Bezug auf Trocken- und Salzstress, besitzen. Die Pflanzen sollen neben der Nutzung als Nahrungsquelle für Mensch oder Tier auch noch weitere Nutzungen ermöglichen, z.B. als Quelle von sekundären Pflanzenstoffen für biotechnologische und pharmazeutische Anwendungen oder als Nutraceutical. Um diese Ziele zu erreichen identifizieren wir Arten, die eine hohe Toleranz gegenüber Trockenheit und Salz besitzen und ein hohe Kapazität als Nutzpflanze aufweisen. Dabei arbeiten wir mit unserem Partnerland Indien zusammen, um geeignete Pflanzen für die gemäßigten und subtropischen Zonen zu finden. Ein weiteres Ziel in diesem Zusammenhang ist es, ein System von Faktoren und Methoden zusammenzustellen, die es ermöglichen, geeignete stresstolerante Arten in möglichst kurzer und eindeutiger Form zu identifizieren. Dabei spielen sowohl klassische Methoden wie die Bestimmung der Wachstumsrate, aber auch neuere Methoden wie das PAM-Imaging oder Sonden zur Messung des Tugordrucks eine Rolle. Die Arten werden auch auf genetischer Ebene untersucht, z.B. durch amplified fragment length polymorphism (AFLP), um geeignete Ökotypen der jeweiligen Art zu ermitteln. Desweiteren werden von uns Inhaltstoffe analysiert.

Die Methode des PAM-Imaging wird detaillierter im Experiment der Woche Nr. 43 erklärt.

Mehr Informationen: DOI: 10.1016/j.flora.2019.151460

Gefördert durchDAAD, eigene Finanzierung

3D-DRUCK VON BLÜTEN- UND ANDEREN MODELLEN

Das Unterrichtskonzept Blühende Fantasie, das als 3D-Druck-AG an der Goetheschule in Hannover realisiert wird, verteilt sich auf 12-15 Doppelstunden. Dabei wird zunächst durch die Lehrkraft mittels Arbeitsblättern in verschiedene 3D-Druckverfahren eingeführt und dann das 3D-Programm Blender erlernt. Im weiteren Verlauf wird in jeder Doppelstunde ein Blütenbestandteil unterrichtlich erarbeitet, dessen Modellierung diskutiert und anschließend in Blender aufgebaut. Nach der Inspektion und dem Feinschliff folgt der finale Druck der ersten Blütenmodelle. Im Nachgang werden die Modelle durch die SchülerInnen nach Vorlage der realen Blüte mit Acrylfarbe angefärbt. Das Unterrichtskonzept rundet das Thema mit einer abschließenden Modellreflexion und Modellkritik ab. Das Projekt entwickelt derzeit eine große Dynamik in verschiedene Richtungen: Das Unterrichtskonzept wurde durch die mehrfache Implementierung optimiert, durch die ständige Weiterentwicklung der Modelle wurden viele neue technische Lösungen entwickelt und um mehr für Lehrkräfte an Schulen auszubilden, werden an der LUH Ausbildungskonzepte entwickelt, die einerseits Lehrkräfte an Schulen und andererseits Studierende für die Durchführung einer 3D-Druck-Lerneinheit vorbereiten sollen.

 

Mehr Informationen: DOI: 10.1002/biuz.201970505

Gefördert durch: Joachim Herz Stiftung, Stiftung NiedersachsenMetall, Qualitätsoffensive Lehrerbildung

KOOPERATIONEN MIT NATIONALEN UND INTERNATIONALEN ARBEITSGRUPPEN

Auswahl laufender und abgeschlossener geförderter Projekte

  • EU
    Integrated on farm Aquaponics systems for co-production of fish, halophyte vegetables, bioactive compounds, and bioenergy (AquaCombine)
  • ERASMUS+
    Guatemala-San Carlos-Deutschland-Hannover
  • DAAD
    Ecotoxicological analysis of halophytes growing in different levels of contamination with emerging pollutants by bio-optical and molecular tools
    SulChloPros: Impact of salinity by chloride and sulphate on photosynthesis in the halophyte Prosopis strombulifera and its regulation by abscisic acid
  • DFG
    Einfluss der Bewässerung von Gemüse mit Abwässern auf die physiologischen Parameter, die Anfälligkeit für Bodenpathogene und die Bodeneigenschaften
  • HSBDR
    Analysis of the bioactive compounds of seagrasses and mangroves: composition, identification of compounds and their role in biofilm inhibition
  • Stifterverband
    Fellowship: Wirtschaftliches Grundverständnis in nicht-ökonomische Studiengänge integrieren - Ein Beispiel zur fallbasierten Hochschulausbildung von angehenden Biologinnen und Biologen
  • Joachim Herz Stiftung, Stiftung NiedersachsenMetall
    3D-Druck im schulischen Kontext

KONTAKT

Prof. Dr. rer. nat. Jutta Papenbrock
Adresse
Herrenhäuser Straße 2
30419 Hannover
Gebäude
Raum
003
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