Arbeitsgruppe Pflanzliche Reproduktionsbiologie

Leitung: [link]Dr. Jochen Kumlehn 

Forschungsgebiete  

Das wissenschaftliche Interesse der Arbeitsgruppe Pflanzliche Reproduktionsbiologie ist hauptsächlich auf Entwicklungsprozesse gerichtet, die mit der Rekombination von Erbinformationen in Zusammenhang stehen. Vorgänge wie z.B. die Gametophytenentwicklung, die Befruchtung sowie die Embryogenese und Samenentwicklung sind dabei wesentlicher Gegenstand der Forschung.

Die Arbeitsgruppe verfügt über spezielle Expertise zur Entwicklung und Anwendung zeitgemäßer Zellkultursysteme und Verfahren zur genetischen Transformation der diesbezüglich als problematisch geltenden Getreidearten und Körnerleguminosen. Des Weiteren entwickelt die Arbeitsgruppe Methoden zur Herstellung doppelhaploider Pflanzen, die aufgrund ihrer Reinerbigkeit von großem Wert für die Pflanzenzüchtung sind.

Zahlreiche Forschungsprojekte zielen auf die funktionelle Charakterisierung von wissenschaftlich interessanten Promotoren und Genen unter Verwendung der zur Verfügung stehenden Transformationstechnologien.

Darüber hinaus wird mittels biotechnologischer Ansätze auch das Ziel verfolgt, zur Pflanzenzüchtung beizutragen sowie Lösungen für das 'Molecular Farming' bereitzustellen. Die Gruppe beschäftigt sich beispielsweise derzeitig mit der Erforschung von Resistenzmechanismen gegen pflanzenpathogene Viren und Pilze sowie mit der Nutzung von Kulturpflanzen zur Bioproduktion von Vakzinen und rekombinanten Antikörpern.

Mit der Zielstellung der Entwicklung einer experimentellen Plattform für Untersuchungen zur zygotischen, somatischen und Pollenembryogenese wurden Methoden zur Isolierung, Kultivierung und experimentellen Manipulation von Gameten, Zygoten, unreifen Pollen sowie frühen Embryonalstadien etabliert. Anhand von mikroskopischen Analysen von Einzelzellkulturen und der Verwendung hochspezifischer cDNA-Banken aus selektierten Einzelzellen ist die Arbeitsgruppe bestrebt, zur zell- und molekularbiologischen Charakterisierung von Vorgängen der frühen Embryogenese bzw. von Apomixis-relevanten Prozessen beizutragen. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The PARASIT project

Pathogen resistance achieved by plant-induced silencing

of fungicide target genes

 

Dr. Jochen Kumlehn (principal investigator), Krishna Mohan Pathi (PhD student)

Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) Gatersleben,

Plant Reproductive Biology

 

Prof. Dr. Holger B. Deising (principal investigator), Maximilian Groß (PhD student)

Martin Luther University Halle-Wittenberg, Inst. for Agricultural and Nutritional Sciences, Phytopathology and Plant Protection

 

Project duration: 01.12.2016 – 30.11.2019, Funding amount: 247.000 €

 

Protection of plants against pathogenic fungi is indispensable for a sustainable and safe agricultural production. Chemical plant protection and the establishment of plant resistance via classical plant breeding have the major limitation that the genetic adaptation of fungi to cope with plant resistance (R) genes and fungicides typically takes few years only.

 

The PARASIT project takes advantage of host-induced gene silencing (HIGS) which has first been demonstrated in plants by IPK researchers (Nowara et al. 2010, The Plant Cell 22, 3130-3141). HIGS involves the plant to express inverted repeat or anti-sense transcripts with homology to fungus-specific target genes. In the context of infection, these transcripts are taken up by invading fungi which effects the down-regulation of their target gene(s) via a mechanism conserved across most eukaryotic organisms coined RNA interference (RNAi). If HIGS is targeted against essential fungal genes, it can lead to declining virulence. HIGS approaches feature several unique advantages such as exceedingly high specificity, durability and avoidance of side-effects due to the expendability of any modified proteinaceous or metabolic component.

 

Within the scope of the PARASIT project, β-tubulin (TUB2) as well as succinate dehydrogenase (SDH1 to 4) genes of the maize anthracnose-causing pathogen Colletotrichum graminicola have been chosen as HIGS targets. The proteins encoded by these genes serve as targets for two important fungicide classes. Inhibition of TUB2 disturbs cell division, whereas inhibition of SDH affects fungal respiration by perturbing the mitochondrial electron transport chain. The expected outcome of the PARASIT project is that plant-mediated down-regulation of the chosen target genes will be durably effective, irrespective of whether the fungal pathogen may develop resistance against the corresponding fungicides.