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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2024-01-01 - 2027-12-31

Methanol ist ein attraktives, kostengünstiges Substrat für die Biotechnologie, das für seine Herstellung keine landwirtschaftlichen Flächen benötigt und nachhaltig aus dem Treibhausgas CO2 hergestellt werden kann. Methylotrophie, d. h. die Fähigkeit von Mikroorganismen, Methanol als Kohlenstoff- und Energiequelle zu nutzen, hat sich in mehreren Bakteriengruppen und in einem Zweig der aufkeimenden Hefen entwickelt. Bei Hefen ist der Methanol-Assimilationsweg in Peroxisomen eingekapselt, die das Zytosol vor toxischen Zwischenprodukten schützen können, während bei Bakterien die Prozesse zytosolisch sind und die Reaktionen sorgfältig ausbalanciert sind, um die Anreicherung toxischer Verbindungen zu verhindern. Forschungsfragen Wir planen, die Rolle der Kompartimentierung auf die Funktion des Methanolstoffwechsels in der natürlich methylotrophen Hefe Komagataella phaffii und dem manipulierten Escherichia coli aufzuklären, indem wir die folgenden Forschungsfragen beantworten: • Warum und in welchem ​​Ausmaß ist die Kompartimentierung für die Methylotrophie in Hefe wichtig? • Können wir mithilfe einer „künstlichen“ methylotrophen Organelle eine synthetische Methylotrophie in Bakterien etablieren? Ansatz Wir werden den gesamten Assimilationsweg zum Zytosol von K. phaffii neu ausrichten und das erste Enzym von einer O2-abhängigen Oxidase zu einer NAD+-abhängigen Dehydrogenase austauschen, um zu verstehen, ob irgendwelche oder alle Reaktionen des Weges von der peroxisomalen Lokalisierung abhängen. Künstliche Organellen auf der Basis bakterieller Mikrokompartimente werden gebaut, um den Stoffwechselweg zu beherbergen, und in E. coli eingeführt, um synthetische E. coli-Stämme mit dem Hefe-Methanol-Verwertungsweg zu erzeugen. Die Funktionalität der Signalwegvarianten wird durch in vitro und in vivo 13C-basierte Metabolomik bewertet, und das metabolische Netzwerk und sein Zusammenspiel werden durch adaptive Laborevolution weiter ausgeglichen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-08-01 - 2023-01-31

Die Zuckerrübe (Beta vulgaris ssp. vulgaris) ist eine relative junge Nutzpflanze, welche von der Wild Rübe (Beta vulgaris ssp. maritima) abstammt, einer in West- und Südeuropa beheimateten Küstenpflanze. Transposons haben einen massiven Einfluss auf die Genomstruktur und der Funktionalität von Genen. Von den vielen verschiedenen Transposons und repetitiven Elementen, die in einem Genom enthalten sind, ist nur eine kleine Teilmenge intakt und voll funktionsfähig. Selbst dieser kleine Anteil hat eine große Einflussnahme auf das Genom, durch dem alternativen Splicing von Genen, der Einführung von neuen Promotoren, geänderten Genregulierung oder durch die Inaktivierung von Genfunktionen. Diese Änderungen haben schlussendlich auch Einfluss auf den Phänotyp der Rüben. Das Genom ist nicht statisch, sondern in ständiger Bewegung: Transposons werden an neuen Positionen im Genom eingefügt; danach wirken Selektions- und Mutationsprozesse auf sie ein. Repetitive Elemente, die sich negativ auf den Organismus auswirken, verschwinden schnell, während andere, die sich neutral zeigen oder sogar nützlich sind, erhalten bleiben. Durch den Vergleich verschiedener Genomsequenzdaten der domestizierter Zuckerrübe und ihrer wilden Verwandten bewerten wir die mutagenen Ereignisse, die in der jüngeren evolutionären Vergangenheit im Rübengenom stattgefunden haben, und untersuchen die Rolle, die Transposons bei der Evolution des Rübengenoms gespielt haben. Erkenntnisse über das Rübengenom und der repetitiven Genomlandschaf können neue Erkenntnisse über die jüngste Genomentwicklung der Zuckerrübe liefern und eine Grundlage für deren weitere Verbesserungen als Kulturpflanze bilden.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2023-02-01 - 2025-01-31

Für die Pflanzenphysiologie ist Magnesium ein wichtiger Bestandteil des Chlorophylls. Niedriger Mg-Gehalt in den Blättern von Weinreben reduziert die Photosynthese und damit die Glukoseproduktion, was zu einer verminderten Zuckerreife und folglich geringeren Weinqualität führt. Um diesen Mangel zu entschärfen, ist die richtige Wahl der Unterlage essentiell. Jedoch engt die Tatsache der notwendigen Mg Effizienz die Auswahl der Unterlagen ein und insbesondere die hierzulande bewährten Unterlagen sind dafür weniger geeignet. Auch mittels Düngung über die Blätter kann der Mangel zumindest kurzfristig behoben werden. Die aber nachhaltigste Lösung wäre Klone zu pflanzen die einen unproblematischen Mg Stoffwechsel aufweisen. Eine wichtige Rebsorte für den österreichischen Weinbau ist davon besonders betroffen nämlich der Welschriesling (WR). Die WR Klone, welche dem heimischen Weinbau zur Verfügung stehen, zeigen alle mehr oder minder eine schwache Mg Aufnahme. Die Sorte ist doch einige Jahrhunderte in weinbaulicher Benützung wurde intensiv kultviert und sollte daher in verschiedenen genetischen Typen vorliegen. Da alte Beschreibungen von diesem Mg Mangel nicht berichten ist es durchwegs vorstellbar, dass in alten Genotypen eine Genomik befindet, die eine normale Mg Verwertung zeigt. Daher wäre es nötig Genotypen zu suchen, die eine bessere Aufnahme zeigen und diese Aufnahme auch genetisch erforschen. Es ist allgemein bekannt, dass die phänotypische Variation bei Nutzpflanzen durch die genetische Variation ihrer Vorfahren und die Auswahl und Erhaltung von Mutationssammlungen geprägt wird. Der Großteil dieser Variation ist quantitativ. Daher besteht ein wesentliches Ziel der Genetik mehr denn je darin, zu identifizieren und für die Selektion entsprechende Bio-Marker zu benutzen. Damit könnten für die Selektion von WR entsprechende Bio-Marker entwickelt werden, die eine Unterscheidung in Mg effiziente und solche die ineffizient sind, ermögliche, was für Weinbauern sehr wichtig ist. Neue Klone mit Mg Effizienz würden eine Stärkung der heimischen Rebschulen und des Weinbaues bedeuten und könnte auch bedeuten, dass Rebmaterial davon in die Nachbarländer Ungarn, Kroatien, Slowenien und Slowakei geliefert werden kann, weil dort das Problem auch besteht. Es würde sich damit ein Wettbewerbsvorteil für die heimischen Pflanzgut Betriebe ergeben.

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