ERC-Förderprogramme: Paradigmenwechsel in der Pflanzenwissenschaft
Jedes Jahr sind die Erwartungen groß, wenn der Europäische Forschungsrat (ERC) die Liste der Wissenschaftler veröffentlicht, die prestigeträchtige Zuschüsse für die Entwicklung ihrer bahnbrechenden Ideen erhalten haben. Seit 2007 unterstützt diese EU-Förderorganisation außergewöhnliche Wissenschaftler bei der Durchführung bahnbrechender Projekte in allen Forschungsbereichen – von der Physik und dem Ingenieurwesen bis hin zu den Biowissenschaften und den Sozial- und Geisteswissenschaften – mit dem Ziel, die Grenzen des menschlichen Wissens zu erweitern und das Problem anzugehen größten gesellschaftlichen Herausforderungen des XNUMX. Jahrhunderts.
Dieses wettbewerbsfähige Förderprogramm* (mit einer geschätzten Erfolgsquote von 15 %) hat mittlerweile ein Gesamtbudget von 2,172 Millionen Euro erreicht. Neben wissenschaftlicher Exzellenz sollten talentierte Bewerber auch nachweisen, dass ihre Vorschläge kreativ, aber umsetzbar sind. Doch was sind die Schlüssel zum Erfolg?
Botanik Man traf sich Debora Gasperini, eine Pflanzenwissenschaftlerin, die kürzlich einen ERC-Consolidator-Grant in Höhe von 2 Millionen Euro für ihren Forschungsvorschlag zu den Abwehrstrategien von Pflanzen gegen Krankheitserregerangriffe und physische Schäden gewonnen hat. Konkret wird ihr Team den Wirkmechanismus des Phytohormons Jasmonat untersuchen, das das Gleichgewicht zwischen Pflanzenwachstum und Stressreaktion aufrechterhält.
Hallo Debora, kannst du uns mehr über deinen persönlichen und wissenschaftlichen Werdegang erzählen?
Hallo, Michela und Botany One-Leser! Ich komme aus einer kleinen kroatischen Stadt an der istrischen Adriaküste, wo slawisches, italienisches und österreichisch-ungarisches Erbe miteinander verschmelzen und sich gegenseitig bereichern. Die Schullehrer ermutigten uns, unsere unterschiedlichen Hintergründe zu würdigen, eine Einstellung, die am United Word College of the Adriatic (Duino, Italien) noch verstärkt wurde und Bildung, Einheit und Respekt zwischen Nationen und Kulturen fördert. Während eines Schulausflugs zeigte mir der Anblick eines mit Ethidiumbromid gefärbten DNA-Gels unter UV-Licht meinem jugendlichen Ich, dass die Arbeit in einem molekularbiologischen Labor ein absolutes Muss ist. Daher habe ich einen BSc-Abschluss in Biologie und einen MSc in funktioneller Genomik von der Universität Triest (Italien) erworben. Anfangs war ich von der Immunologie fasziniert, aber nachdem mir klar wurde, dass die Arbeit mit Tieren oder Zellkulturen nichts für mich war, In mir entwickelte sich eine tiefe Leidenschaft für die Pflanzenbiologie.
Ein Doktortitel in Simon Griffiths Das Labor am John Innes Centre (JIC, Norwich, UK) ermöglichte es mir, komplexe genetische Merkmale zu verstehen, indem ich die Grundlagen der Weizenhöhenvariation untersuchte. Ich bin dann beigetreten Edward Farmers Labor an der Universität Lausanne (Schweiz) als Postdoktorandin, um die Signalübertragung pflanzlicher Wunden zu untersuchen, bevor ich meine eigene Forschungsgruppe gründete („Jasmonat-Signalisierung“) am Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in Halle (Deutschland) im Jahr 2016. Die Teammitglieder untersuchen die Wirkmechanismen des Phytohormons Jasmonat, einem Regulator pflanzlicher Abwehrreaktionen, der eine Schlüsselrolle bei der Schutz vor pflanzenfressenden Insekten, nekrotrophen Krankheitserregern und Verletzungen.
Auch Pflanzen haben Hormone … Wie sind Sie auf dieses Thema aufmerksam geworden?
Während meiner Doktorarbeit habe ich die Auswirkungen von Phytohormonen auf die Pflanzenarchitektur untersucht, insbesondere von Gibberellinen, die die Zellverlängerung und das Zellwachstum fördern. Die ertragreichen Weizen-, Reis- und Maissorten, die die Welt im Laufe des Jahres veränderten Grüne Revolution, sind alles Mutanten in der Gibberellin-Biosynthese oder in Signalgenen, die Pflanzen kürzer und resistent gegen Ablagerungen machen (d. h. das Biegen des Pflanzenstamms aus einer aufrechten Position in den Boden). Jetzt wollen wir die Rolle von Jasmonaten bei der Umweltakklimatisierung** verstehen.
Phytohormone sind einfach großartig! Eine Prise des einen oder anderen kann das Leben einer Pflanze völlig verändern. Sie sind äußerst mächtig und agieren auf äußerst raffinierte Weise. Sie sind Hauptregulatoren fast aller Dinge und lösen in winzigen Dosen in hochspezifischen zellulären Kontexten massive Veränderungen aus.
„Für mich sind Phytohormone wie Magie, bei der Wissenschaftler versuchen, ihre Superkräfte freizusetzen und zu nutzen.“
Herzlichen Glückwunsch zu Ihrem kürzlich verliehenen ERC-Stipendium. Was bedeutet in Ihrem Forschungsgebiet „Paradigmenwechsel“?
Danke schön. Unsere Arbeit konzentriert sich darauf, wie Pflanzen Stresssignale wahrnehmen, übertragen und in die Basalentwicklung integrieren, um auftretende Bedrohungen wie Krankheitserregerangriffe oder Verletzungen zu überwinden. Konkret untersuchen wir grundlegende Aspekte des durch Jasmonat aktivierten Signaltransduktionswegs anhand der Modellspezies Arabidopsis thaliana. Dieses lebenswichtige Hormon reichert sich an Reaktion auf Stress Die Aktivierung des JA-Signalwegs korreliert jedoch häufig mit einer Wachstumshemmung. Interessanterweise haben Pflanzen komplexe Mechanismen entwickelt, um den Kompromiss zwischen Wachstum und Abwehr genau abzustimmen.
Bioaktive Jasmonate werden aus mehrfach ungesättigten Fettsäuren synthetisiert, die in Chloroplastenmembranen vorkommen. Obwohl die Stoffwechsel- und Signalwege gut charakterisiert sind, ist noch unbekannt, wie Schadenssignale an Plastiden übertragen werden, um die Phytohormonproduktion auszulösen. Darüber hinaus ist die Natur des übertragenen Signals trotz seiner entscheidenden Rolle bei der Aufrechterhaltung der Pflanzengesundheit (z. B. Lebensfähigkeit und Fruchtbarkeit) immer noch ungeklärt.
Es wurde vorgeschlagen, dass Auslöser (d. h. Verbindungen, die Abwehrreaktionen stimulieren) die Aktivierung mutmaßlicher Plasmamembranrezeptoren auslösen, um die Jasmonatproduktion zu stimulieren. Derzeit gibt es jedoch keine schlüssigen genetischen Beweise, die diese Hypothese stützen (d. h. einen ligandenbasierten Mechanismus).
Interessanterweise entdeckte unsere Gruppe kürzlich, dass durch osmotischen Druck induzierte Veränderungen des Zellturgors die Jasmonat-Biosynthese fördern können (Mielke et al., 2021). Dieser Befund legt nahe, dass die Übertragung mechanischer Signale durch Gewebe und Zellkompartimente zur Einleitung der Hormonbiosynthese führen kann. Mit anderen Worten: Änderungen des Turgordrucks können zu biophysikalischen Veränderungen der Plastidenmembranen führen, die die Zugänglichkeit des Substrats für bereits vorhandene Biosyntheseenzyme erhöhen. Mein Team und ich freuen uns sehr darauf, in den nächsten Jahren spannende neue Hypothesen zu testen. Der ERC-Grant wird es uns nun ermöglichen, diesen Paradigmenwechsel mithilfe verschiedener interdisziplinärer Ansätze zu überprüfen.
Wie haben Sie sich rückblickend Ihre wissenschaftliche Karriere als Doktorand vorgestellt?
Ich begann mit der Doktorarbeit, weil mir die Durchführung von Experimenten im Labor Spaß machte und ich unbedingt so viel wie möglich über Pflanzengenetik lernen wollte. Diese Gründe mögen naiv gewesen sein, da ich keine klare Vorstellung davon hatte, was ich danach tun sollte, und auch nicht, ob ich gut genug war, um größere Träume zu haben, aber damals zählten nur sie. Die Einbettung in ein ehrgeiziges, aber unterstützendes Doktorandenumfeld hat mir geholfen, kritischer zu denken, aber ich musste noch selbstbewusster werden. Wie für viele Doktoranden fühlten sich manche Tage ziemlich intensiv an. Die Teilnahme an mehreren Karrierekursen der Graduiertenschule war informativ, aber nicht hilfreich, um meine Gedanken zu klären.
Der Entschluss, eine akademische Laufbahn einzuschlagen, fiel während des Verfassens der Abschlussarbeit. Ich entdeckte, dass mir der Schreibprozess große Freude bereitete. Dies gab mir den Willen, meine Postdoc-Stelle in einem Umfeld fortzusetzen, das Kreativität und Unabhängigkeit fördert. Wenn ich auf diese Doktoratsjahre zurückblicke, halte ich sie heute für eine der entscheidendsten für die Charakter- und Belastbarkeitsbildung.
Wie haben Sie sich mit Blick auf die Zukunft die Fortschritte in Ihrem Forschungsgebiet in 10 Jahren vorgestellt?
Die Aufdeckung der molekularen und biophysikalischen Mechanismen, die die Freisetzung von Jasmonat steuern, wird nicht nur unser Verständnis der Biologie von Stress-Phytohormonen und der Akklimatisierung von Pflanzen verbessern, sondern auch unser Wissen über die mechanische und osmosensorische Wahrnehmung von Pflanzen erweitern. Ich freue mich auch über die Entschlüsselung der zelltypspezifischen Rollen des Jasmonatwegs bei der Abwehr und Stressakklimatisierung, da sie attraktive Möglichkeiten für die Nutzung grundlegender Erkenntnisse für wirtschaftlich relevante Nutzpflanzenarten bieten könnten.
Neben der Wissenserweiterung durch unsere Forschung freue ich mich darauf, mit jungen Wissenschaftlern zusammenzuarbeiten und sie dabei zu unterstützen, ihr volles Potenzial auszuschöpfen. Die Förderung einer vielfältigen Gemeinschaft zukünftiger Führungskräfte ist der Schlüssel zur Förderung kreativer Ideen, mit denen sich aufkommende Herausforderungen bewältigen lassen.
Links
Anderson, JT (2016) „Pflanzenfitness in einer sich schnell verändernden Welt" New Phytologist, 210(1), S. 81–87. Verfügbar um: https://doi.org/10.1111/nph.13693.
Mielke, S., Zimmer, M., Meena, MK, Dreos, R., Stellmach, H., Hause, B., Voiniciuc, C. und Gasperini, D. (2021) „Die aus veränderten Zellwänden entstehende Jasmonat-Biosynthese wird durch turgorgetriebene mechanische Kompression ausgelöst" Wissenschaft Fortschritte, 7(7), S. eabf0356. Verfügbar um: https://doi.org/10.1126/sciadv.abf0356.
