CEPLAS (Cluster of Excellence on Plant Science) hat sich einem großen und sehr bedeutenden Ziel verschrieben: Die Entwicklung von neuartigen Strategien, die die Pflanzenproduktion zukünftig nachhaltig und ertragreich gestalten soll. Das Exzellenzcluster aus Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung, der Universität zu Köln, des Forschungszentrums Jülich und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf untersuchen gemeinsam grundlegende biologische Abläufe.

Das Ziel der Forschungsarbeit ist, die Zusammenhänge hoch komplexer genetischer Verfahrensweisen von Pflanzen besser zu verstehen und im Weiteren auf diese Mechanismen einwirken zu können. So können Pflanzen in ihrem Nährstoffbedarf beeinflusst und anpassungsfähiger an neuartige Bedingungen gemacht werden.

Hintergrund der Forschungsarbeit

Gezielter und effizienter Pflanzenanbau erfordert ausreichende Ressourcen. Wasser und Nährstoffe sind neben genügend Ackerland die wichtigsten Faktoren, die für einen erfolgreichen Anbau erforderlich sind. Der immer näher rückende Klimawandel wird schon jetzt spürbar. In den kommenden Jahrzehnten werden die Auswirkungen ganz deutlich zu sehen sein. Wasserknappheit als eine Folge der Klimaerwärmung führt zum Austrocknen der Böden. In Folge dessen allen Pflanzen Wasser und Nährstoffe zum Überleben fehlen.

Nicht nur Nutzpflanzen, die zur Ernährung zum Beispiel vorgesehen sind, sind von dieser Bedrohung betroffen. Jede Pflanze auf der Welt, die Photosynthese betreibt, leidet unter diesen Bedingungen.

Pflanzen nehmen Licht, Wasser und Kohlendioxid (CO₂) auf. Sie verwandeln es in Glucose und Sauerstoff (O₂). Pflanzen, als unser natürlicher Sauerstofflieferant, haben eine immense Bedeutung für jedes Leben auf Welt. Auch die immer wachsende Weltbevölkerung bedroht die Lebensgrundlage von Pflanzen. Ausreichend Land zum Anbauen, Wachsen und Gedeihen wird immer knapper. Aus diesem Grund möchte das Exzellenzcluster Pflanzen entwickeln, die den neuartigen und extremen Bedingungen standhalten können.

Forschungsschwerpunkte

Ziel der Forschungsgruppe ist die genetische Kodierung von genetischen Eigenschaften der Pflanzen in Verbindung mit den Umwelteinflüssen, die auf sie einwirken. Mit den Forschungsergebnissen möchte das Cluster eine Datengrundlage schaffen, wie „normale“ Pflanzen und Nutzpflanzen entwickelt und gezüchtet werden müssen, damit sie auf entsprechende Umweltbedingungen vorbereitet sind. Kurz gesagt, sie wollen robuste und widerstandsfähige Pflanzen schaffen, die trotz schlechter Bedingungen ertragreich sind.

Um dieses Ziel zu erreichen, arbeiten die Forscher an vier Forschungsschwerpunkten:

1. Die Analyse der Schnittstelle zwischen Stoffwechsel und Entwicklung der Pflanze soll Ergebnisse liefern, die die pflanzliche Leistungsfähigkeit optimieren kann. Der Schwerpunkt der „Optimierung der pflanzlichen Leistungsfähigkeit durch Untersuchung der Schnittstelle zwischen Stoffwechsel und Entwicklung“ liegt auf entscheidenden Zeitpunkten im Leben der Pflanze. Die Frage, wann eine Pflanze bestimmte Stoffwechseltätigkeiten beginnt, soll in dem ersten Forschungsfeld ganz genau beleuchtet werden. Damit im Weiteren die genauen Stoffwechselprozesse vorhersehbar werden können.
2. Das Forschungsfeld 2 „Stoffwechsel-Netzwerke zwischen Pflanzen und Mikroben und Anpassung an Bodenbedingungen“ beschäftigt sich insbesondere mit der Leistungsfähigkeit der Pflanzen. Die Frage, wie bedingt das Zusammenleben von Mikroben und der Pflanze ihren Ertrag, steht hier im Fokus. Im zweiten Forschungsfeld wird untersucht, welche Bodenbedingungen zu einer ertragreicheren Ernte führen und wie das Zusammenspiel von Mikroben und Nährstoffen daran beteiligt ist.
3. Das dritte Forschungsfeld, die „synthetische Biologie“ oder „Rekonstruktionsbiologie“, rekonstruiert mit Hilfe von synthetischen Ansätzen pflanzliche Stoffwechselwege. Das Übertragen des pflanzlichen Stoffwechsels auf nicht-pflanzliche Systeme ermöglicht leichter und schneller an Ergebnisse zu kommen.
4. Theoretische Modelle stehen im Forschungsfeld 4 im Mittelpunkt. Sie sollen die vorherigen 3 Forschungsfelder komplementieren. „Die theoretischen Pflanzwissenschaften und Datenwissenschaften“ bieten Modelle, die Aufschluss darüber geben werden, wie genetische Merkmale und Umweltfaktoren auf die Leistungsfähigkeit der Pflanze einwirken.

CEPLAS vereint Wissenschaftler unterschiedlichster Disziplinen

Die erstklassigen Wissenschaftler der Universitäten Düsseldorf und Köln, des Forschungszentrums Jülich und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung vereinen ihr Wissen und arbeiten an einer exzellenten Forschung ganz im Sinne der Zukunft.

Dementsprechend bietet CEPLAS neue Wege für angehende Wissenschaftler und Studenten, die sich ganz der Forschung widmen wollen und Zukunft mitgestalten möchten. Verschiedene Forschungsrichtungen werden miteinander vereint. Die Kooperation von Mikrobiologie, Systembiologie, Pflanzenwissenschaften, Synthetischer und Theoretischer Biologie versprechen ein effizientes Vorgehen in Richtung Klimaerhaltung.

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