Molekulare Zellbiologie (Prof. Dr. Peter Nick)

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Interview in Biospektrum

Living is Searching (Springer-Nature 2023)

Sekretariat

• Herr Jochen Krüger, R501, Tel. 0721-608 42142

Protoplasma

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

Ursprung der Weinrebe

Vier Jahre harte Arbeit, fast 4000 Genome - die Frucht dieser Mühen wurde jetzt in Science publiziert. Die Wildrebensammlung am KIT spielte dabei eine wichtige Rolle. Es konnte gezeigt werden, dass die Weinrebe zweimal unabhängig domestiziert wurde. Einmal im Kaukasus, um daraus Wein zu keltern, ein zweites Mal im Nahen Osten, um sie als Tafeltraube zu nutzen. Bei ihrer Wanderung nach Westen gab es zahlreiche Amouren mit den lokalen Wildreben, woraus die große Vielfalt von Weinreben entstand. Dieses Projekt brachte Menschen aus 16 Ländern zusammen, trotz teilweise schwieriger politischer Umstände und erlaubt einen tieferen Einblick in die komplexe Geschichte dieser Kulturpflanze, die nicht nur Zivilisationen stiftete, sondern auch als eines der ersten globalen Handelsgüter Grenzen von Geographie, Sprache und Religion überwand. Der so geschaffene Wissensschatz ist noch nicht einmal angekratzt - während die Weinrebe im Wechselspiel zwischen klimatischen Umbrüchen und menschlicher Wanderung zahlreiche Regionen eroberte, sammelte sie Gene ein, die ihr erlauben mit zahlreichen Widrigkeiten fertig zu werden. Diese Gene können nun dabei helfen, den Weinbau gegen den Klimawandel zu wappnen - genau dies tun wir schon mit unserem Interreg Oberrhein Projekt Kliwiresse.

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Interview mit der Washington Post

Zur Pressemeldung des KIT

Youtube zur Bedeutung des Projekts für die Region

Salziger Wein

Eine häufig übersehene Folge des Klimawandels ist die Zunahme der Bodenversalzung - steigende Meeresspiegel, aber auch künstliche Bewässerung führen dazu, dass immer mehr Böden verlorengehen. In einem vom BMBF und dem Tunesischen Wissenschaftsministerium geförderten Projekt haben wir dies für die Weinrebe untersucht. In einer vergleichenden Studie zeigte sich, dass eine im Atlasgebirge gefundene Wildrebe, Tebaba, selbst unter Salzstress zu wachsen vermag, obwohl das Salz durchaus aufgenommen wird und in die Blätter aufsteigt. Gemeinsam mit dem Max-Rubner Institut können wir zeigen, dass die metabolischen Prozesse in den Blättern robuster aufeinander abgestimmt sind, so dass die Bildung von schädlichen reaktiven Sauerstoffspezies vermieden wird. Dadurch kann die Wildrebe ihre Ressourcen verstärkt der Photosynthese widmen. Es gibt also kein Wundermolekül der Resilienz, Resilienz ist vielmehr ein besser abgestimmtes Ineinandergreifen verschiedener metabolischer Prozesse. Diese Arbeit ist nun in der hochrangigen Zeitschrift Plant Physiology erschienen.

Veröffentlichung:

199. Daldoul S, Gargouri M, Weinert C, Jarrar A, Egert B, Mliki A, Nick P (2023) A Tunisian Wild Grape Leads to Metabolic Fingerprints of Salt Tolerance. Plant Physiology - pdf

Zur Pressemeldung des KIT

Superfood

Seit Jahren entwickeln wir Werkzeuge, um gefälschte, häufig sehr teuer gehandelte, Nahrungsmittel (oft unter der Bezeichnung "Superfood" angepriesen) aufzudecken. Wir verwenden dazu eine Sammlung von sorgfältig geprüften Referenzpflanzen aus unserer umfangreichen Lebend-Sammlung, genetische barcodes, und mikroskopische Diagnostik. Die Landesbehörden sind schon lange auf unsere Forschung aufmerksam geworden und ziehen uns regelmäßig zu Rate, inzwischen hören uns auch Bundesbehörden und EU-Kommittees zu. Der Hessische Rundfunk hat dazu im Rahmen der Reihe Ratgeber einen Film produziert, der in den letzten Wochen auch in einigen anderen Sendern gezeigt wurde:

Superfood - gesund oder ungesund?

mehr zu unseren Forschungen über Superfood...

Die Wurzel liegt in der Blüte

Gleichzeitig mit der Umbennenung des Botanischen Instituts in das Joseph Gottlieb Kölreuter Institut für Pflanzenwissenschaften wird dieses Jahr zum ersten Mal ein Blütenökologie-Kurs unter der Leitung von Dr. Heiko Hentrich angeboten. Damit kehren die Pflanzenwissenschaften in Karlsruhe zu den Wurzeln ihres Gründervaters, J.G. Kölreuters, zurück, der durch seine Arbeiten zur Sexualität der Pflanzen berühmt wurde. Der aktuelle Blütenökologie-Kurs stellt eine Einführung in das Fachgebiet dar und ist in zwei Blöcke gegliedert. Der erste Teil fand im März statt und vermittelte die theoretischen Grundlagen der Blütenökologie. Im Juni folgt ein Projektteil, bei dem die Studierenden die Methoden der Blütenökologie an praktischen Beispielen in der Versuchsanstalt kennenlernen. Es ist vorgesehen, den Kurs in das Lehrportfolio zu integrieren und in den kommenden Jahren regelmäßig anzubieten.

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.

Das Thema im Wintersemester 2023-2024 wird eine kritische Auseinandersetzung mit Rassismus sein. Was sagt die Biologie dazu? Ist Rassismus ein Kind der Aufklärung? Aus welchen Beweggründen gehen so viele Menschen Rassismus auf den Leim? Hier gibt es jetzt das Programm...

Di, 05. Dezember 2023, 14:00 (HS 9, Gbd. 20.40). Das Konzept der Rasse ist das Ergebnis von Rassismus und nicht dessen Voraussetzung.

Martin Fischer, Universität Jena

Martin Fischer ist einer der Autoren hinter der Jenaer Erklärung, in der 2019, zum 100. Todestag von Ernst Häckel, kurz und prägnant zusammengefasst wurde, was die Biologie zum Thema Rassismus zu sagen hat.

Zellen brauchen Kompetenz

In der Biotechnologie werden Zellen oft als "Biomasse" bezeichnet. Das klingt ein wenig so, als ob die Natur der Zellen letztendlich egal sei, solange nur die entsprechenden Gene (die ja oft über Gentechnologie eingeführt werden) vorhanden sind. In Wirklichkeit spielt die individuelle Besonderheit der erzeugenden Zelle eine große Rolle. Dies lässt sich sehr gut an medizinisch wichtigen Pflanzenstoffen beobachten, die häufig aus "Teamwork" mehrerer Zelltypen entstehen, wobei jeder Zelltyp eine andere Art von chemischer Reaktion durchführt. Am Beispiel von Catharanthus roseus, einer Heilpflanze aus Madagaskar, haben wir untersucht, ob wir das biotechnologisch nachstellen können. Diese Pflanze bildet Vincristin, einen sehr wirksamen Tumorwirkstoff - freilich braucht man 200 kg Blattmaterial, um 1 mg zu bekommen, weshalb dieser Stoff sehr teuer ist. Seit den 1960er Jahren wird daher versucht, den Stoff über Zellkulturen zu erzeugen, was immer fehlgeschlagen ist. Wir vermuteten, dass das daran liegt, dass man, so wie in der Pflanze auch, unterschiedliche Zelltypen zusammenbringen muss. Gemeinsam mit der Firma Phyton aus Ahrensburg machten wir uns auf die Suche nach unterschiedlichen Zelltypen und wurden fündig. Zwei Catharanthus-Zell-Linien, Cat1 und Cat4, aktivieren jeweils unterschiedliche Zweige des Stoff-Wechselwegs, die sich gegenseitig unterdrücken. Diese Zellen besitzen eine unterschiedliche metabolische Kompetenz. Als wir nun die Cat4 Zellen mit der von Cat1 erzeugten Vorstufe fütterten und durch das Stress-Hormon Jasmonsäure die Abwehr ankurbelten, konnten wir tatsächlich zum ersten Mal Vincristine erzeugen und über massenspektroskopische Verfahren eindeutig nachweisen. Die Mengen sind leider noch sehr gering, aber diese Arbeit zeigt, dass es prinzipiell möglich ist, wenn man die Vielfalt pflanzlicher Zellen und ihre individuelle Kompetenz ernst nimmt.

Veröffentlichung

190. Raorane ML, Manz C, Hildebrandt S, Mielke M, Thieme A, Keller J, Bunzel M, Nick P (2023) Cell type matters: competence for alkaloid metabolism differs in two seed-derived cell strains of Catharanthus roseus. Protoplasma 260, 349-369 - pdf

M4F Aktuell: Gesunde Kommunikation

Esca & Co ist eigentlich eine stressbedingte Krankheit. Die verursachenden Pilze können viele Jahre im Holz siedeln, ohne Symptome zu verursachen. Wenn die Pflanze jedoch Klimastress ausgesetzt wird, wie es auch hierzulande immer öfter geschieht, kann der Pilz das wahrnehmen und bringt seinen Wirt um. In einer Kooperation mit dem Institut für Biologische Wirkstoff-Forschung (IBWF) in Kaiserslautern konnten wir zeigen, dass der Wirt unter Stress Ferulasäure anhäuft, weil diese Vorstufe des Holzstoffs Lignin nicht mehr eingebaut werden kann. Der Pilz Neofusicoccum parvum hat "gelernt", Ferulasäure als Signal für die Krise der Wirtspflanze zu erkennen und reagiert damit mit der Bildung von Fusicoccin A, womit er den Wirt in den Selbstmord treibt, so dass er sich an der Leiche gütlich tun kann, um so die Energie für die Bildung von Sporen zu beziehen. Was aber geschieht, solange der Wirt gesund ist? Dann erzeugt der Pilz 4-Hydroxyphenyl-Essigsäure, was als Wuchsstoff fungiert und das Immunsystem des Wirts so manipuliert, dass er Pterostilben nicht mehr bilden kann - das ist der Abwehrstoff, der gegen diesen Pilz gerichtet ist. Ohne Klimastress könnte der Pilz also sogar für uns von Nutzen sein. Können wir diese ausgefuchste Kommunikation so beeinflussen, dass auch unter Klimastress 4-Hydroxyphenyl-Essigsäure gebildet wird? Dann würde der Ausbruch der Krankheit verhindert. Genau daran arbeiten wir im Rahmen unseres vom Strategiefond des Präsidiums geförderten Projekt Microbes for Future (M4F). Die Arbeit über die "gesunde Kommunikation" ist nun in der hochrangigen Zeitschrift Plant Cell & Environment erschienen:

202. Flubacher NS, Baltenweck R, Hugueney P, Fischer J, Thines E, Riemann M, Nick P, Khattab IM (2023) The fungal metabolite 4-hydroxyphenylacetic acid from Neofusicoccum parvum modulates defence responses in grapevine. Plant Cell & Environment, doi 10.1111/pce.14670 - pdf

Wildes Wachs trotzt dem Klimawandel

Der Klimawandel ist längst schon auch in unserer Region angekommen. Wie passen wir unsere Landwirtschaft daran an. Selbst der Weinbau leidet inzwischen unter der Hitze, obwohl die Weinrebe mit ihren tiefen Wurzeln eigentlich besser gerüstet sein sollte als andere Kulturpflanzen. Die immer massivere Sommerhitze bringt die Pflanzen in ein Dilemma – um die Photosynthese vor zu hohen Temperaturen zu schützen, müssen sie die Verdunstung durch die Spaltöffnungen steigern, um das immer mühsamer dem Boden entzogene Wasser zu sparen, müssen sie die Spaltöffnungen jedoch schließen. Wie lösen Wüstenpflanzen diese Zwickmühle? Sie überziehen ihre Blätter mit Wachs, so dass die Sonnenstrahlung reflektiert wird und gar nicht erst ins Blatt eindringen kann. Unsere Kulturreben haben jedoch nur eine sehr dünne Wachsschicht. Wir haben jedoch entdeckt, dass die Europäische Wildrebe, die Stamm-Mutter unserer Kulturrebe, viel mehr Oberflächenwachse bilden kann. Können wir das für die Züchtung nutzbar machen? Die Antwort ist ja – wir konnten zeigen, dass diese Eigenschaft in den Genen der Wildrebe eingeschrieben ist. Ein unerwarteter Nebeneffekt – die Sporen des Echten Mehltaus, einer Pilzkrankheit, die aufgrund des wärmeren Klimas immer mehr an Bedeutung gewinnt, haben Schwierigkeiten, auf der wachsreichen Oberfläche der Wildreben Fuß zu fassen. Sie brauchen deutlich länger, bis sie Anheftungsstrukturen, sogenannte Appressorien, zu bilden vermögen. Dies verschafft der Pflanze einen wertvollen Zeitvorteil, um ihre Abwehr in Stellung zu bringen.

Veröffentlichung

201. Ge XS, Hetzer B, Tisch C, Kortekamp A, Nick P (2023) Surface wax in the ancestral grapevine Vitis sylvestris correlate with partial resistance to Powdery Mildew. BMC Plant Biology 23, 304 - pdf