Plantemolekylærbiologi

Sektionen for Plantemolekylærbiologi

Beskrivelse af forskningen

Sektionens aktiviteter er koncentret om genetisk, molekylærbiologisk og biokemisk forskning i modelplanter som Arabidopsis thaliana (gåsemad) og Lotus japonicus (japansk kællingetand) men omfatter også forskellige kulturplanter.

Forskningen søger med udgangpunkt i grundvidenskabelige problemstillinger at belyse og forstå generelle mekanismer bag genetisk styring af signal transduktion, celledifferentiering, udviklingsprocesser og planters interaktion med mikroorganismer. Der fokuseres særligt på dannelsen af planteorganer som kvælstof-fikserende rodknolde hos bælgplanter og frøudvikling, ligesom planters modtagelighed overfor patogene og symbiotiske bakterier og svampe eller mikroorganismer med endofytisk livsstil er centrale forskningsområder.

Sektionen har i Aarhus og Påskehøjgaard state-of-the–art faciliteter til plantedyrkning  omfattende vævskulturrum, klimakamre og drivhuse. Udover generelle kompetencer indenfor genetik, genomics, molekylærbiologi og biokemi har gruppen specialviden indenfor forskellige typer mikroskopi, anvendt bioinformatik, analyse af små RNAer og genomsekventering.

Sektionen har endvidere opbygget en population af retrotransposon mutanter i Lotus japonicus. Populationenpå mere en 60.000 planter stilles til rådighed som ressource til fastlæggelse af geners funktion ved hjælp af omvendt genetik.

Sektionen huser et af Grundforskningsfondens Centers of Excellence: Centre for Carbohydrate Recognition and Signalling der finansier sektionens aktiviterer sammen med bevillinger fra European Research Council og Forskningsrådet for Teknologi og Produktion. Derudover deltager gruppen i et projekt  under Bill og Melinda Gates Foundation.

Sektionen forsker for nærværende inden for følgende områder:

  • Plantehormoners rolle under planteudvikling specielt dannelsen af rodknolde.
  • Plantereceptorer der detekterer bakterielle signal molekyler som Nod-faktorer og exopolysaccharider 
  • Overførsel af kvælstfikseringsegenskaberne fra bælgplanter til kornplanter for eksempel majs.
  • Isolering af plantegener ved hjælp af kort baseret kloning, genom sekventering samt screening af Lotus japonicus retrotransposon populationen.
  • Plant-endophyte interaktioner
  • Plant-mikrobe interactioner kontrolleret af LysM kodende gener
  • Naturlig variation i planters forsvarsmekanismer og symbiotiske potentiale
  • Regulering af planters forsvarsmekanismer under symbiose
  • Funktion af microRNA og andre regulatoriske RNA molekyler samt identifikation af mRNA der reguleres
  • Analyse af gener der koder for microRNA og andre regulatoriske RNA molekyler eller medierer deres funktion
  • Analyse af transkriptional aktivitet og microRNA i planterodens forskellige celletyper.

Plantehormoners rolle under planteudvikling specielt dannelsen af rodknolde

Plantehormonerne cytokinin og ethylen spiller en afgørende rolle under udviklingen af rodknolde på bælgplanter. Cytokinin aktiverer de celledelinger der danner selve rodknolden og som senere koloniseres af rhizobium bakterier. Ethylen spiller modsat en negativ rolle og forøget ethylen koncentration reducerer antallet af rodknolde. De mekanismer der styrer denne regulering af rodknolddannelsen undersøges med genetiske metoder hvor gener der medvirker til hormonsyntese eller gener der koder for hormon-receptorer inaktiveres. De fysiologiske og udviklingsmæssige konsekvensen af de genetiske ændringer undersøges derefter for at fastlægge funktionen af generne og dermed plantehormonernes funktionsmekanismer.

Plante receptorer der detekterer bakterielle exopolysaccharider

Lignende genetiske og biokemiske metoder anvendes til at undersøge hvordan planter genkender exopolysakkarider på overfladen af patogene og  symbiotiske bakterier eller bakterier der findes i jorden. Forskningen fokuserer især på mulighederne for at finde og karakterise plante-receptorer der forventes at binde og dermed genkende de exopolysaccharider der finder på overfalden af  forskellige bakterier og efterfølgende starte specifikke responsmønstre i plantens celler, for eksempel forsvarsmekanismer der beskytter planten mod patogener.

Overførsel af kvælstoffikseringsegenskaberne fra bælgplanter til kornplante

Mulighederne for at overføre gener fra bælgplanter til kornplanter og dermed tilføre kornplanterne mulighed for at fiksere kvælstof i symbiose med rhizobium bakterier undersøges indenfor et større internationalt samarbejde i regi af Bill og Melinda Gates Foundation. Der sigtes primært mod majs der kan dyrkes i Afrika. I projektet anvendes også model planten Setaria viridis der rent eksperimentelt er nemmere at arbejde med en majs planter. I de tidlige faser sigtes mod at etablere de delprocesser som signal transduktion og genaktivering som de kendes fra bælgplanterne.     



Projekter

LORE1 mutantpopulation og analyse af nye symbiotiske mutanter

For at kunne karakterisere funktionen af et specifikt gen, er det vigtigt at have adgang til plantelinier, der bærer mutationer i netop det gen. I CARB grundforskningscentret har vi brugt det mobile element Lotus retrotransposon 1 (LORE1) til at opbygge en stor mutantpopulation, hvor vi ved hjælp af high-throughput Illumina-sekventering har identificeret alle mutationer i hver enkelt plantelinje. Denne store og velkarakteriserede population screener vi nu for symbiotiske fænotyper. Når vi har fundet en interessant mutant, kan vi hurtigt identificere det muterede gen, fordi populationen er sekventeret. Projektet sigter mod identifikation og detaljeret karakterisering af nye symbiotiske mutanter for at forbedre forståelsen af symbiotiske interaktioner.  Til dette formål arbejdes ligeledes med isolation og karakterisering af de gener ved hjælp af kort baseret kloning og genom sekventering.

Naturlig variation i planters forsvarsmekanismer og symbiotiske potentiale 

Planter interagerer ustandseligt med mange forskellige mikroorganismer. Nogle er patogene, og planten har et avanceret immunforsvar, som tillader den at forsvare sig mod skadevoldere. Andre mikroorganismer er symbiotiske, og kan hjælpe med at tilføre planten vigtige næringsstoffer, hvis de bliver korrekt modtaget og givet adgang til plantens celler. De symbiotiske og immune reaktioner skal koordineres med plantens vækst og er livsvigtige for planten. Der er derfor et stort evolutionært pres for hele tiden at udvikle og tilpasse disse reaktioner. Vi bruger en samling af forskellige Lotus japonicus økotyper til ved hjælp af associations og QTL analyse at identificere de gener, der regulerer interaktionen med mikroorganismer i naturlige populationer. Projektet involverer bioinformatisk databehandling og kvantitativ fænotypning baseret på billedanalyse.

Regulering af planters forsvarsmekanismer under symbiose

Når planter inviterer symbiotiske mikroorgansimer indenfor, skal den symbiotiske infektion koordineres med plantens forsvarsmekanismer. Endnu vides der meget lidt om de bagvedliggende genetiske komponenter. Ved hjælp af LORE1 mutantsamlingen er vi er nu ved at etablere et sæt af Lotus linjer med mutationer i de centrale gener, der styrer plantens forsvarsmekanismer. Ved at undersøge effekten af disse ændringer i forsvarssystemerne på plantens symbiotiske respons, kan vi identificere de forsvarssignaler, der er vigtigst for kontrollen med den symbiotiske infektionsproces.


Forskningsprojekt

LORE1 mutantpopulation og analyse af nye symbiotiske mutanter

For at kunne karakterisere funktionen af et specifikt gen, er det vigtigt at have adgang til plantelinier, der bærer mutationer i netop det gen. I CARB grundforskningscentret har vi brugt det mobile element Lotus retrotransposon 1 (LORE1) til at opbygge en stor mutantpopulation, hvor vi ved hjælp af high-throughput Illumina-sekventering har identificeret alle mutationer i hver enkelt plantelinje. Denne store og velkarakteriserede population screener vi nu for symbiotiske fænotyper. Når vi har fundet en interessant mutant, kan vi hurtigt identificere det muterede gen, fordi populationen er sekventeret. Projektet sigter mod identifikation og detaljeret karakterisering af nye symbiotiske mutanter for at forbedre forståelsen af symbiotiske interaktioner.  Til dette formål arbejdes ligeledes med isolation og karakterisering af de gener ved hjælp af kort baseret kloning og genom sekventering.

Bjarne Jochimsen - emeritus


Peer-reviewed publikationer

Sortér efter: Dato | Forfatter | Titel

Patenter

Sortér efter: Dato | Forfatter | Titel


Sektionskoordinator

Jens Stougaard

Professor
M
H bygn. 3134, 204
P +4587155504
P +4560202649

Lektorer/seniorforskere




Team Leaders



The Plant Molecular Biology Group

29 August 2013

Click photo for enlargement