Forschungsprojekt zur Lichtwahrnehmung und Evolution
Mit dem Research Grant wird der Freiburger Biologe in den kommenden drei Jahren sein Projekt „Evolution of light perception networks in plants“ fortsetzen. Er forscht dabei zusammen mit Dr. Christian Fleck vom Institut für System- und Synthetische Biologie der Universität Wageningen/Niederlande und Dr. Enamul Huq vom Institut für Molekulare Zell- und Entwicklungsbiologie der Universität von Texas, Austin/USA.
Die Wissenschaftler untersuchen, wie sich die Reaktionen auf Licht bei verschiedenen Pflanzenarten entwickelt haben. Licht ist für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen essenziell. Artenspezifische Reaktionen auf Licht sind entscheidend für das Gedeihen von Pflanzen in unterschiedlichen Umgebungen.
Rolle der Photorezeptoren und Phytochrome
Pflanzen verfügen über Fotorezeptoren, um Wellenlänge, Intensität, Richtung und Dauer des Lichts wahrzunehmen. Diese Signale nutzen sie zur Steuerung der Aktivität verschiedener Gene. Phytochrome stellen eine wichtige Gruppe von Fotorezeptoren dar. Sie kommen sowohl in höher- als auch in niedrigentwickelten Pflanzen vor, beispielsweise in Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand) und Physcomitrella patens (Kleines Blasenmützenmoos).
Das Team um Hiltbrunner konnte bereits zeigen, dass die Eigenschaften der Phytochrome von weiteren Bestandteilen im pflanzlichen System der Lichtsignalleitung abhängen. Dadurch kann das Wirkungsspektrum der Phytochrome verändert werden. Unterschiede im Zusammenspiel zwischen Phytochromen und anderen Bestandteilen könnten ein entscheidender Mechanismus in der Entwicklung artenspezifischer Reaktionen auf Licht gewesen sein.
Entwicklung eines mathematischen Modells
Die Wissenschaftler planen, mit biochemischen, genetischen und systembiologischen Methoden ein mathematisches Modell des pflanzlichen Systems der Lichtsignalleitung zu erstellen. Ziel ist es, die Schlüsselfaktoren für die Evolution artenspezifischer Reaktionen auf Licht zu identifizieren.
Hiltbrunner, assoziiertes Mitglied im Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg, verwendet in diesem Projekt genetische Ansätze. Dafür nutzt er das Kleine Blasenmützenmoos und die Acker-Schmalwand.