Foto: Danny Kessler

Abteilung für Molekulare Ökologie


Kommissarische Leitung: Sarah O´Connor

Forschungsprojekte

 

Rayko Halitschke

Als Koordinator der analytischen Plattform bin ich für die Entwicklung und Optimierung von analytischen Werkzeugen in der Abteilung für Molekulare Ökologie verantwortlich. Mein Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung von Hochdurchsatzmethoden für die metabolische Charakterisierung großer Populationen rekombinanter Inzuchtlinien (RILs). Mit einer Kombination aus gezielten und ungezielten Metabolomics-Analysen und ökologischer Phänotypisierung versuchen wir, wichtige chemische Merkmale, die biotische Interaktionen vermitteln, und den zugrunde liegenden genetischen Hintergrund, der diese reguliert, zu identifizieren. Ich bin auch Mitglied des Sonderforschungsbereichs 'ChemBioSys' und des Exzellenzclusters 'Balance of the Microverse', die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert werden.

Mein Hauptforschungsschwerpunkt ist die Identifizierung von Pflanzenmerkmalen, die die Interaktionen mit Pflanzenfressern, ihren natürlichen Feinden sowie Bestäubern und die Rekrutierung des pflanzlichen Mikrobioms steuern, unter Verwendung der vorwärtsgenetischen MAGIC-Plattform, die im letzten Jahrzehnt in der Abteilung entwickelt wurde. Die 26-Eltern-MAGIC-Kartierungspopulation erfasst einen großen Teil der natürlichen Variation, die in Nicotiana attenuata in seinem gesamten Verbreitungsgebiet zu finden ist. Wir werden eine Kombination aus naturgeschichtlichen Beobachtungen im Feld, gezielten sowie unvoreingenommenen Metabolomics-Analysen und Mikrobiom-Sequenzierung verwenden, um Loci zu identifizieren, die Merkmale kontrollieren, die an diesen komplexen ökologischen Interaktionen beteiligt sind. Funktionstests mit unserer Reverse-Genetik-Plattform werden an unseren Feldstandorten in Utah und Arizona durchgeführt. Dieser neue Ansatz ermöglicht ein unvoreingenommenes Screening nach neuen, ökologisch wichtigen Merkmalen und der zugrundeliegenden genetischen Kontrolle, die in Reverse-Genetik-Experimenten, die auf a priori Wissen über Gene basieren, schwer zu finden waren.
(Dr. Rayko Halitschke)


 

Yuechen Bai

Pflanzen haben die Fähigkeit entwickelt, eine Fülle von spezialisierten Metaboliten zu produzieren. Diese chemischen Substanzen haben wichtige ökologische Funktionen für das Überleben der Pflanzen in der Natur. So reagieren Pflanzen auf den Angriff von Pflanzenfressern oder Krankheitserregern mit der Aktivierung spezifischer Verteidigungsprogramme, die die Produktion bioaktiver spezialisierter Stoffwechselprodukte beinhalten, um die Angreifer zu töten oder abzuschrecken. Dieser Prozess wird durch eine Signalkaskade reguliert, an der Jasmonate (JA) beteiligt sind, ubiquitäre, von Oxylipinen abgeleitete Phytohormone, die auch bei der Regulation vieler Entwicklungs- und Wachstumsprozesse eine wesentliche Rolle spielen. Da die funktionellen/ökologischen Rollen von JA-regulierten spezialisierten Metaboliten weitgehend unbekannt sind, ist es mein Ziel, JA-regulierte Stoffwechselwege von funktioneller Bedeutung in N. attenuata zu entschlüsseln. Meine Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung effizienter Mittel zur Manipulation der Biosynthese spezialisierter Stoffwechselprodukte (z. B. Acylzucker, Triterpene und Phenolderivate) für funktionelle ökologische Studien durch die Integration der Analyse von Genomen, Transkriptomen und Metabolomen in der MAGIC-RIL-Population, in der Hoffnung, dass dies letztendlich zur Aufklärung der funktionellen/ökologischen Rolle dieser wichtigen Verbindungen führen wird.
(Yuechen Bai, Ph.D.)

 


 

Patrycja Baraniecka

Trotz der Tatsache, dass Nicotiana attenuata eine selbstkompatible Art ist, stammen mehr als 30% der Samen in natürlichen Populationen aus opportunistischer Auskreuzung. In unserer Abteilung wurde kürzlich gezeigt, dass NaS-ähnliche-RNasen und SLF-Proteine, die als Selbstinkompatibilitätsdeterminanten in Solanaceae bekannt sind, in den Paarungsselektionsprozess in N. attenuata involviert sind. Wir wissen auch, dass in dieser Modellpflanze die Bestäubung durch bevorzugte und nicht-bevorzugte Pollen zu vorhersagbaren Unterschieden im Ausmaß des Post-Pollination Ethylene Burst (PPEB) führt. In meinem Forschungsprojekt möchte ich untersuchen, ob und wie der PPEB die Expression und Aktivität der stylaren NaS-like-RNase beeinflusst. Darüber hinaus werde ich die Variation des PPEB in unserer MAGIC-Population erforschen und diese Daten für QTL-Imputationen nutzen, um einen besseren Einblick in die genetische Architektur der Mate-Selektion zu erhalten. Ich erhoffe mir von diesen Ergebnissen eine Antwort auf die Frage, ob die Partnerwahl adaptiv ist und ob sie zu einem besseren Überleben der Samen in den Samenbanken beiträgt. Zusätzlich untersuche ich auch verschiedene Aspekte der natürlichen Wurzelmorphologie, sowohl im Gewächshaus als auch im Feld.
(Patrycja Baraniecka, Ph.D.)


Chidambareswaren Mahadevan

Pflanzen gehen Partnerschaften mit einer unglaublich vielfältigen Liste von Mikrobiomen aus ihrem heimischen Boden ein. Mikrobiome sind die "erweiterten Phänotypen" einer aktiven ökologischen Gesellschaft und ein gesundes Mikrobiom ist eine Voraussetzung für eine ökologisch nachhaltige Umwelt. Meine Forschungsfrage erforscht die "Rekrutierung und Aufrechterhaltung des Nicotiana attenuata Wurzel-Mikrobioms", gefördert durch die Balance of the Microverse Clusters, Jena School of Microbial Communication. Durch meine Forschung beabsichtige ich, die grundlegenden molekularen Mechanismen zu verstehen, die an den Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroben beteiligt sind, indem ich die Abundanz und Zusammensetzung einer synthetischen Gemeinschaft von einheimischen Mikroben experimentell manipuliere und die quantitativen Genomik- und Metabolomik-Signaturen von N. attenuata weiter untersuche. Wir wollen verstehen, wie Wirtspflanzen funktionale Konsortien rekrutieren und aufrechterhalten, indem wir den extrem einfallsreichen internen molekularen Werkzeugkasten von N. attenuata zusammen mit Hochdurchsatz-Screening-Methoden wie dem Nanostring nCounter und HPLC-MS/MS-Ansätzen nutzen.
(Chidambareswaren Mahadevan, Ph.D.)


 

Yanrong You

Arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMF) bilden symbiotische Assoziationen mit einer Mehrzahl von Landpflanzen, um unterirdische gemeinsame Mykorrhizanetzwerke zu bilden, die benachbarte Pflanzen miteinander verbinden. Meine Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf die Mechanismen und ökologischen Funktionen der AMF-Assoziationen in N. attenuata. Ich verwende die AI-RILs und MAGIC-RILs, die in natürlichen Habitaten wachsen, und die High-Through-Put (HTP) Screening-Methode für die AMF-Besiedlung. Ich verwende QTL-Kartierung, um gezielt Loci zu identifizieren, die an AMF-Assoziationen beteiligt sind, und untersuche die Funktion der Loci mit Hilfe etablierter molekularer, analytischer und ökologischer Werkzeuge, in der Hoffnung, die ökologischen Funktionen der AMF-Assoziationen in der Natur aufzuklären.
(Yanrong You, Ph.D.)


Rishav Ray

Meine Arbeit konzentriert sich darauf, die molekularen Grundlagen der Interaktion zwischen Pflanzen und Herbivoren in einem ökologischen Kontext anhand der Modellart Nicotiana attenuata zu untersuchen. Um diese Interaktion zu untersuchen, nutze ich die natürliche Variation, die in der Spezies durch die MAGIC-Population vorhanden ist, und verstehe die funktionellen Konsequenzen von der Seite der Pflanze. Ich verwende verschiedene statistische und bioinformatische Werkzeuge, um diese ökologischen und biochemischen Merkmale zu sezieren und sie auf dem Genom zu kartieren, um funktionelle und evolutionäre Erkenntnisse zu gewinnen. Mein aktuelles Projekt konzentriert sich insbesondere auf die Aufklärung der frühen Abwehrsignalkomponenten, die an der Jasmonsäure (JA)-Signalgebung beteiligt sind, sowie auf deren Abbau. Durch die Integration von genomischen, transkriptomischen und metabolomischen Daten der MAGIC-Population und der vielfältigen Reverse-Gene-Toolbox in der Abteilung plane ich, dieses molekulare Netzwerk zu entwirren, um ein ganzheitliches funktionelles Verständnis des JA-Signalwegs und seiner Rolle in der Pflanzenabwehr zu gewinnen.
(Rishav Ray, Doktorand)


 

Pooja Snehrashmi Mehta

Das pflanzliche Mikrobiom spielt eine wichtige Rolle beim Schutz von Pflanzen vor verschiedenen ökologischen Härten. Nicotiana attenuata nutzt sein Mikrobiom, um sich gegen Wurzelfäule und Welkekrankheiten zu schützen. Außerdem verbessert sie ihren eigenen Phänotyp durch Energieeinsparung, indem sie Mikroben bei der Durchführung von Aufgaben wie der Nährstoffassimilation einsetzt. Über die grundlegenden Prozesse, die bei der frühen Rekrutierung eines ausgewogenen Pflanzenmikrobioms beteiligt sind, ist wenig bekannt. Unser Projekt konzentriert sich darauf, die Frage zu verstehen: Bilden Pflanzen ihr eigenes Mikrobiom, indem sie einen Teil der Mikroben aus der Umwelt durch die Bereitstellung von Nährstoffen in Form von Wurzelexsudaten einsetzen? Um ein funktionelles Verständnis des Mikrobioms zu erlangen, beabsichtigen wir, ein natives synthetisches Mikrobenkonsortium (nSynCom) in einem gnotobiotischen System während der Keimungsstadien einzusetzen. Wir untersuchen Veränderungen in der Rekrutierung im frühen Keimungsstadium, indem wir molekulare Hochdurchsatz-Plattformen einsetzen, um absolute Variationen im nSynCom zu überwachen. Um die Metaboliten zu entschlüsseln, die die Dynamik der Gemeinschaft antreiben, werden wir die Toolbox für transgene Linien nutzen, die durch gezielte und nicht gezielte Metabolom-Plattformen unterstützt wird. Um die natürlichen Variationen bei der Rekrutierung und Aufrechterhaltung des Mikrobioms zu untersuchen, werden wir Multi-Parent Advanced Generation Inter-Cross (MAGIC) und deren Mikrobiom-Assoziationen durch Quantitative Trait Loci (QTL) Imputationen untersuchen und die Hypothese schließlich im Feld testen.
(Pooja Mehta, Doktorandin)


 

Caiqiong Yang

Triterpene sind im Pflanzenreich weit verbreitet und haben eine breite Palette von Anwendungen in medizinischen, landwirtschaftlichen und industriellen Bereichen. Als ökologische Modellpflanze sind das Triterpen-Reservoir von N. attenuata und seine ökologische Bedeutung noch weitgehend unentdeckt. Mein Forschungsinteresse ist es, die ökologischen Funktionen der Triterpene in N. attenuata aufzudecken, indem ich Metabolomics, biochemische, genetische und ökologische Ansätze verwenden.
(Caiqiong Yang, Doktorandin)


 
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