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
Standort | Technische Universität München: Campus Weihenstephan in Freising |
Anbindung | Internationales Doktorandenkolleg „The Proteomes that Feed the World“ |
Projektdauer | 2024 bis 2030 |
Leitung | Dr. Ulschan Bathe E-Mail an Dr. Ulschan Bathe senden |
Weitere Informationen | Webpräsenz 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).


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.