Molekulare Zellbiologie (Prof. Dr. Peter Nick)

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Interview in Biospektrum

Living is Searching (Springer-Nature 2023)

Sekretariat

• Frau Nicole Williams, R501, Tel. 0721-608 42142

Protoplasma

Die Zeitschrift für Zellbiologie mit der längsten Tradition. mehr...

Biohacking mit Pyriculol

Etwa die Hälfte der Lebensformen auf unserem Planeten leben als Parasiten. Die unfreiwilligen "Wirtsorganismen" wehren sich mit Immunsystemen. Auch Pflanzen verfügen über Immunität, die jedoch völlig anders aufgebaut ist als unser Immunsystem. Die Komplexität ist jedoch durchaus vergleichbar und ist aus einem evolutionären Wettrüsten zwischen Pflanzen und ihren Parasiten entstanden. Zunächst gibt es eine breite basale Immunität, die gegen ganze Gruppen Organismen (etwa alle Bakterien oder alle Pilze) wirkt. Jedoch ist Evolution immer im Fluss - die Pflanzenpathogene entwickelten daher Signale, sogenannte Effektoren, mit denen sie die auf dem Stresshormon Jasmonsäure aufgebaute basale Immunität ausschalten können. In der nächsten Runde des Wettlaufs entwickelten manche Pflanzen dann Proteine, die solche manipulativen Signale erkennen und die Immunität wieder anschalten können. Häufig wird dann als letzte Bastion über Salicylsäure (übrigens der natürliche Vorläufer von Aspirin) ein Selbstmordprogramm eingeleitet, so dass die befallene Zelle durch ihr Opfer den Angreifer mit in den Tod reisst, so dass die Nachbarzellen geschützt sind. Wir zeigen nun, wie der Erreger des Reisbrands, eine Pilzkrankheit mit massiven Folgen für die Ernährungssicherheit in vielen asiatischen Ländern, eine neue, geradezu teuflisch raffinierte, Methode entwickelt hat, um das Immunsystem seiner Wirtspflanze zu "hacken": Er produziert das Polyketid Pyriculol, das in seiner Struktur das Abwehrhormon Salicylsäure (übrigens der natürliche Vorläufer von Aspirin) imitiert. Diese Imitation spart jedoch wichtige Funktionen von Salicylsäure fein säuberlich aus: zwar wird der Zelltod eingeleitet und die basale (von Jasmonsäure abhängige) Immunität abgeschaltet, aber die Bildung von Abwehrstoffen, die die Kamikazestrategie des Opfertods erst wirksam machen unterbleibt. Gleichzeitig werden die benachbarten Zellen mit falschem Alarm nervös gemacht, so dass sie sich schon umbringen, bevor der Pilz überhaupt angekommen ist. Diese raffinierte Geschichte wurde von Dr. Junning Ma, der mit einem Chinese Scholarship Council Stipendium bei uns promoviert hat, zutage gefördert und ist nun im Journal of Experimental Botany erschienen

Veröffentlichung

225. Ma J, Morel JB, Riemann M, Jacob S, Nick P. Pyriculol-mediated defence potentiation in rice: a non-pathogenic secondary metabolite enhances host immunity against Magnaporthe oryzae. J Exp Bot, 10.1093/jxb/erag061 - pdf

Pressemeldung des KIT

Der neue "Strasburger"

Vor 127 Jahren begründete Eduard Strasburger das Lehrbuch der Botanik. Jetzt ist die 38. Auflage erschienen - damit ist der Strasburger das Biologielehrbuch mit der längsten Geschichte. Peter Nick steuerte einige 100 Seiten zu den Themen Struktur und Funktion des Pflanzenkörpers und pflanzliche Entwicklung bei. Der "Strasburger" verfolgt den Anspruch, das gesamte Wissen über Pflanzen umfassend, aktuell und dennoch gefiltert darzustellen. Auch wenn es noch nie so einfach war, sich Informationen zu beschaffen, besteht das Problem zunehmend darin, nach relevant und irrelevant zu filtern. Lehrbücher sind also nicht obsolet, sie sind wichtiger denn je. mehr...

FKI

Der Lehrpreis des Landes 2015 ging an Peter Nick and Mathias Gutmann. Mit dem Preisgeld bauten wir das Forum auf, um über die Grenzen von Fakultäten und Disziplinen kontroverse Themen zu hinterfragen und zu diskutieren. Im SS 2026 geht es um die Frage, ob nichtmenschliche Lebensformen auch Rechte haben sollten. mehr...

ARTTI Podcast über Gentechnik in der Landwirtschaft. mehr...

Rätselhafte Plastidenfinger - wozu sind Stromuli gut?

Plastiden beherbergen die Photosynthese, die alles Leben auf unserem Planeten erhält. In Antwort auf Stress können sie lange fingerartige Auswüchse bilden. Diese Stromuli waren schon vor etwa 150 Jahren beobachtet, dann aber wieder vergessen worden. Erst zu Beginn unseres Jahrhunderts wurden sie wiederentdeckt. Zunächst glaubte man, dass die Plastiden über Stromuli als Röhren miteinander verbunden sind, was später aber widerlegt wurde. Wozu gibt es sie dann? Uns gelang es, durch Behandlung mit dem "Pflanzenadrenalin" Jasmonat, Stromuli gezielt und kontrolliert auszulösen und mithilfe von Spinning Disc Konfokalmikroskopie und fluoreszenten Markern zu untersuchen. Im Rahmen ihrer Promotion konnte Toranj Rahpeyma nun  zeigen, dass die gestressten Plastiden über Stromuli dem Zellkern signalisieren, dass sie Hilfe brauchen. Der Zellkern kurbelt dann die helfende Gene an, deren Produkte dann in den Plastiden eintransportiert werden. Stromuli nehmen aber auch mit anderen Teilen der Zelle Kontakt auf, zum Beispiel mit den Peroxisomen, die an der Bildung von Jasmonaten beteiligt sind. Diese mysteriösen Plastidenfinger sind also nichts anderes als die Manifestation der sonst unsichtbaren, komplexen Signalvorgänge, die im Inneren von Pflanzenzellen ablaufen, wenn sich diese Zellen mit Stress auseinandersetzen müssen. Diese Arbeit erscheint nun in Plant Physiology und hat es sogar auf die Titelseite geschafft.

Veröffentlichung

228. Rahpeyma T, Varo GV, Mühlberg F, Nick P (2026) Fingers for Signaling. A Possible Role Of Stromules In Intracellular Communication. Plant Physiol, doi 10.1093/plphys/kiag373

Gesundheit als ökologisches Phänomen

Vor 150 Jahren konnte Robert Koch den Erreger der Tuberkulose mit einem einfachen und einleuchtenden Argument überführen: Eine Mikrobe, die immer dann beobachtet wird, wenn man die Symptome findet, die aber bei Gesunden fehlt, muss ja wohl die Ursache sein. Bei den neuartigen, durch den Klimawandel beförderten Holzkrankheiten im Wein- und Obstbau ("Esca & Co") führt dieses Kochsche Postulat jedoch nicht weiter: man findet die verdächtigen Pilze nämlich auch im Holz von gesunden Pflanzen ohne dass die Krankheitssymptome auftreten. In vorangegangenen Arbeiten konnten wir das Infektionsgeschehen unter kontrollierten Bedingungen im Labor nachstellen und zeigen, dass diese Pilze über chemische Signale das Immunsystem der Pflanze manipulieren und auch wahrnehmen können, wenn die Pflanze unter Klimastress steht. Im Rahmen des vom Strategiefond des Präsidiums geförderten Projekt "Microbes 4 Future" ging es nun darum, die komplexe Situation im realen Weinberg zu verstehen - diese Krankheiten traten früher nur sporadisch auf, richten aber infolge des Klimawandels weltweit riesige Schäden an. Entlang der gesamten Oberrheinebene sammelte unser Mitarbeiter Dr. Islam Khattab Erde aus dem Wurzelraum kranker Reben und von gesunden Pflanzen desselben Weinbergs. Aus dieser Erde wurde dann die DNS isoliert und über modernste bioinformatische Verfahren deren Mikrobenflora aufgeklärt. Es zeigte sich überraschenderweise, dass die verdächtigten Pilze auch an gesunden Reben vorkommen, hier aber isoliert voneinander leben. An kranken Pflanzen beobachtet man hingegen eine starke Vernetzung. In anderen Worten: unter Klimastress beginnen diese Pilze sich zu einem Team zusammenzuschließen und dann ist der Ausbruch der Krankheit nicht mehr fern. Krankheit ist also keine Frage der Anwesenheit bestimmter Mikroben, sondern entsteht infolge einer gestörten Mikrobenökologie. Diese Arbeit ist nun in der Fachzeitschrift Plant Soil erschienen:

226. Khattab IM, Magold T, Lenk F, Sturm G, Flubacher N, Kaster AK, Nick P (2026) Health or disease – a question of rhizomicrobial ecology? The case of grapevine trunk disease. Plant Soil, doi: 10.1007/s11104-026-08541-4

Klimaresilienz und Bioökonomie

Beim Wort Kreislaufwirtschaft denken die meisten an Mais und Biogas. In Zeiten des Klimawandels ist die Nutzung von landwirtschaftlichen Flächen für die Energieerzeugung zunehmend kritisch zu bewerten. Wenn man Flächen, die aufgrund von Trockenheit oder Bodenversalzung ohnehin nicht mehr für die Nahrungsmittelerzeugung zur Verfügung stehen, für die Bioökonomie nutzen könnte, fiele die Bewertung ganz anders aus. Über die Jahre hinweg hat unser Philipp-Schwartz Stipendiat Dr. Adnan Kanbar aus Syrien das bioökonomische Potential der Sorghumhirse untersucht. Er konnte zeigen, dass diese extrem schnellwüchsige Pflanze auch mit Salzstress zurechtkommt und auf vielfältige Weise genutzt werden kann - aus den Stängeln kann man Zuckersaft pressen, aus dem man Bioethanol gewinnen kann, die Körner sind ein gesundes und nachhaltiges Nahrungsmittel und aus dem Rest lassen sich Fasern mit interessanten Eigenschaften gewinnen. Sogar eine neue Sorghumsorte, die in Deutschland gedeiht, KIT1, konnte er züchten. Wie kommt man nun vom Labor in die reale Anwendung? Man muss hochskalieren - hier ist die Versuchsanstalt des JKIP natürlich zu klein. Daher wurde in Zusammenarbeit mit dem Landwirtschaftlichen Technologiezentrum des Landes Baden-Württemberg ein großer Anbauversuch bei Forchheim und Ettlingen gestartet, um zu testen, wie sich verschiedene Sorghumsorten unter den schwierigen Bedingungen eines südbadischen Hitzesommers schlagen, welchen Ertrag man bekommt und wieviel Zucker gewonnen werden kann. Vor allem ging es darum, was man mit den Restfasern anfangen kann. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Bodo Saake (Chemische Holztechnologie) an der Universität Hamburg konnten wir zeigen, dass man daraus Papier mit interessanten Eigenschaften herstellen kann. Die Ergebnisse erscheinen nun in der einschlägigen Fachzeitschrift Bioresources.

230. Kanbar A, Lemma HB, Saake B, Stolzenburg K, Nick P (2026) Potential of Sorghum Stalk as Climate Resilient Resource for Paper Production. Bioresources. Im Druck

Gemeinsam mit Partnern in Colmar und Basel versuchen wir im Projekt "Roots of Resilience" die Immunität von Weinreben über von uns identifizierte Wurzelmikroben zu stimulieren mehr...

Gemeinsam mit dem start-up Vertical Farm Tech und dem Max-Rubner Institut entwickeln ihr im Projekt "VFT4Hero" eine Vertical Farm Strategie für die Superfood-Pflanzen Ingwer, Curcuma und Wasabi. mehr...