Crop Synthetic Biology

New tools for a sustainable plant production - Continuous directed evolution to increase CO2 fixation and biomass in crops

Um eine wachsen­de Weltbe­völ­ke­rung zu er­näh­ren, muss die Pro­duk­tion der wichtigs­ten Nutzpflanzen bis 2050 um 50% stei­gen. Die klas­si­schen Züchtungsme­tho­den kön­nen die­ses Ziel nicht er­rei­chen, aber syn­the­ti­sche Bio­loge könnte neue Me­tho­den und Techni­ken zur Er­trags­steige­rung lie­fern. Wir ver­wen­den ge­rich­tete Evo­luti­on, um die Koh­len­stoffver­füg­bar­keit in Pflanzen zu er­hö­hen, in dem wir die CO2-Fi­xie­rung ver­bes­sern und Re­spi­rati­ons­raten sen­ken.

Die Nachwuchsforschungsgruppe in der Übersicht

StandortTechnische Universität München: Campus Weihenstephan in Freising
AnbindungInternationales Doktorandenkolleg „The Proteomes that Feed the World“
Projektdauer2024 bis 2030
LeitungDr. Ulschan Bathe
E-Mail an Dr. Ulschan Bathe senden
Weitere InformationenWebpräsenz Crop Synthetic Biology 

Kohlenstofflimitierung von Nutzpflanzen

Pflanzen be­nöti­gen Koh­len­stoff, Stickstoff und an­dere Nährstof­fe, um zu wachsen. Wäh­rend der Evo­luti­on hat­ten Pflanzen nur limi­tierte Mengen an Näh­stof­fen zur Ver­fü­gung, wäh­rend Koh­len­stoff im­mer da war, den sie als CO2 aus der At­mosphäre auf­neh­men. Wahrscheinlich hat sich keine op­tima­le Koh­len­stofffixie­rung und -nut­zung ent­wi­ckelt, da an­dere Nährstof­fe (z. B. Stickstoff) oh­nehin be­grenzt wa­ren. In der mo­der­nen Landwirt­schaft hat sich das Ver­hält­nis von Koh­len­stoff zu an­de­ren Nährstof­fen um­ge­kehrt, da Pflanzen auf den Fel­dern ge­düngt und be­wäs­sert wer­den. Da­her sind mo­der­ne Nutzpflanzen koh­len­stofflimi­tiert, was den Er­trag ein­schränkt.

Gerichtete Evolution für mehr Biomasse in Pflanzen

Die ge­rich­tete Evo­luti­on ist ein leis­tungsstar­kes Werkzeug, um Pro­teine mit ge­wünschten Funktio­nen zu ent­wi­ckeln. Dank Mu­tati­ons­ra­ten, die weit über der na­türli­chen Mu­tati­ons­rate lie­gen, kön­nen wir Evo­luti­on in ein klei­nes Zeit­fens­ter kompri­mie­ren. Das nut­zen wir, um die Koh­len­stoffver­füg­bar­keit in Nutzpflanzen zu op­ti­mie­ren. Wie viel Koh­len­stoff für die Bio­mas­se­pro­duk­tion ver­füg­bar ist, hängt von der Koh­len­stofffixie­rung und der Rate ab, mit der Pflanzen Koh­len­stoff ver­brau­chen (=Respira­tion).

Portait von Frau Dr. Ulaschan Bathe.

Das Pro­gramm bie­tet eine idea­le Um­ge­bung, um For­schung zu rea­len Prob­le­men zu be­trei­ben. Un­sere Pro­jekte sol­len neue Er­kenntnis­se über die Koh­len­stoffver­füg­bar­keit in Pflanzen und de­ren ge­zielte Op­ti­mie­rung lie­fern.

Dr. Ulschan Bathe

Da­her wol­len wir die Koh­len­stoffauf­nah­me un­ter­stüt­zen, in­dem wir al­ter­nati­ve CO2-Fi­xie­rung etab­lieren und Re­spira­ti­ons­raten sen­ken. Das ulti­ma­tive Ziel ist es, nachhal­tige Pflanzen mit er­höh­ter Bio­mas­se­pro­duk­tion zu gene­rie­ren.

Exzellenz und eine unterstützende Umgebung

Die Nachwuchsfor­schungs­gruppe bie­tet eine Um­ge­bung, in der Dok­to­ran­din­nen und Dok­to­ran­den an in­no­vati­ven und hochmo­der­nen For­schungs­pro­jek­ten in der syn­theti­schen Pflanzen­bio­logie ar­bei­ten kön­nen. Wir stel­len her­aus­ra­gen­de Ta­lente aus der gan­zen Welt ein und er­mu­tigen Frauen, Min­der­hei­ten so­wie Wis­sen­schaftle­rin­nen und Wis­sen­schaftler mit Kin­dern, sich zu be­wer­ben.

Die Nachwuchsforschungsgruppe kooperiert mit dem Internationalen Doktorandenkolleg „The Proteomes that Feed the World“ auf dem Campus Weihenstephan der Technischen Universität München in Freising.