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Universität Stuttgart

Institut für Biomaterialien und biomolekulare Systeme, Abt. Molekularbiologie und Virologie der Pflanzen

Forschungsschwerpunkte der Abt. Molekularbiologie und Virologie der Pflanzen (Prof. Dr. Holger Jeske; Prof. Dr. Christina Wege [apl.])

Überblick

1. Molekularbiologie und Molekulargenetik pflanzlicher Viruskrankheiten, Resistenzforschung, Wechselwirkung zwischen Pflanzen und Viren in Einzel- und Mischinfektionen.
2. Hochsensitive Multiplex-Detektion von Viren mit Einzelstrang-DNA.
3. Phytovirales Engineering: Pflanzenvirus-basierte Expressions- und Silencing-Vektoren für die Pharmazeutische Biotechnologie.
4. Biomaterialien und Nanobiotechnologie: Virusderivate als Biotemplate für nanostrukturierte Hybridmaterialen und als Bausteine für analytische, technische und therapeutische Anwendungen.
Diese Forschungsschwerpunkte werden sowohl in Projekten mit Geminiviren (A), als auch in nanobiotechnisch orientierten Projekten mit RNA-Virus-Derivaten (B) bearbeitet.

A) Molekularvirologische Projekte mit Geminiviren
Geminiviren sind bedeutende Schädlinge für tropische und subtropische Nutzpflanzen wie Maniok, Tomaten, Baumwolle, Bohnen, Süßkartoffeln, Paprika, zunehmend aber auch für Pflanzen der gemäßigten Breiten (z.B. Getreide und Zuckerrüben).
Die Ausbreitungsmechanismen dieser DNA-Viren innerhalb der pflanzlichen Gewebe, ihre Vermehrungsstrategien und ihre Übertragung durch Insekten werden mit gentechnologischen Methoden erforscht. Ziele sind neben der grundlegenden Aufklärung des viralen "Lebenszyklus" eine frühzeitige Diagnose von Geminiviren, die Erzeugung von künstlicher Resistenz in Kulturpflanzen und die Untersuchung natürlicher Resistenzformen in Wildpflanzen. Dafür werden unterschiedlichste molekularbiologische Techniken angewendet, z.B. die biochemische Analyse viraler DNA-Intermediate und einzelner Virusproteine - auch nach Fluoreszenz-Markierungen mit Hilfe z.B. des Green Fluorescent Proteins (GFP) in Kombination mit Laser-Scanning- bzw. Apotom-Mikroskopie -, die transiente Protein-Expression oder stabile Pflanzentransformation mit Hilfe des Agrobakterien-vermittelten Gentransfers, und die Beobachtung mutierter Viren, die mit Hilfe einer Partikelkanone in Keimlinge oder pflanzliche Gewebekulturen eingeschossen werden. Zugleich werden neueste Verfahren zur empfindlichen und schnellen Hochdurchsatz-Detektion von Viren in Pflanzenproben aus aller Welt entwickelt. Ein weiteres Forschungsgebiet sind Mischinfektionen von Geminiviren mit anderen Typen von Pflanzenviren, wie sie sowohl in der Landwirtschaft, als auch in Wildpflanzen oft auftreten. Es wird dabei untersucht, wie sich die Viren wechselseitig molekular beeinflussen, welche Folgen dies für ihre Ausbreitung im pflanzlichen Gewebe hat und welche epidemiologischen Konsequenzen daraus resultieren können.
Diese molekularvirologischen Forschungsprojekte mit Geminiviren werden in verschiedenen Drittmittel-Projekten mit einer Vielzahl nationaler und internationaler Kooperationen durchgeführt, unter anderem mit Partnern in Forschungseinrichtungen und Firmen in Frankreich, Spanien, Italien, Israel, Südafrika, Südamerika und Australien.

B) Nanobiotechnologische Projekte mit Virusderivaten
Pflanzenviren sind Schädlinge mit weltweit steigender Bedeutung, aber auch Modellsysteme für Medizin und Biologie sowie Lieferanten neuer Bausteine für Nanotechnik und "intelligente" Materialien. Sie werden nur an wenigen Standorten molekular erforscht, darunter als einer der größten Deutschlands das Biologische Institut der Universität Stuttgart. Dank seiner multivalenten, chemisch modifizierbaren Proteinoberflächen ist das hier unter anderem bearbeitete stabile und für Mensch und Tier ungefährliche Tabakmosaikvirus (TMV) ein gefragtes nanotubuläres Trägergerüst für Enzyme, aktive Peptide oder Fängerstrukturen für Analyte, aber z.B. auch für Biomineralien, synthetische Materialien, Kontrastmittel und Farbstoffe für elektronische, technische, diagnostische und sensorische Entwicklungen. Nachdem in Kooperationen bereits Transistoren auf TMV-Basis unter beispiellos milden Bedingungen produziert und magnetviskose Dämpfungsmittel durch TMV-Additive verbessert werden konnten, wurden kürzlich auch Enzymgruppen kontrolliert auf benachbarten 100-200 nm langen TMV-Domänen installiert. Durch neue RNA-Template ließ sich die Selbstassemblierung von TMV-Komponenten zu "Stick-Arrays" auf Wafern und zu Nanostern-Kolloiden mit extrem großen Oberflächen umsteuern. Solche Hybridstrukturen sollen zu vielseitigen Funktionsträgern für komplexe Detektions- und Katalyse-Aufgaben in miniaturisierten "Lab-on-a-Chip"-Systemen und "Smart Materials" weiterentwickelt werden.
Diese Arbeiten finden in enger Kooperation mit Physikern, Chemikern und Ingenieuren statt, sowohl an deutschen Forschungsinstitutionen, als auch mit internationalen Partnern. Siehe dazu auch z.B. "Kompetenznetz Funktionelle Nanostrukturen Baden-Württemberg" (www.nanonetz-bw.de/), DFG-Schwerpunktprogramm " Generation of multifunctional inorganic materials by molecular bionics" (www.uni-stuttgart.de/spp1569/), und das von der Carl-Zeiss-Stiftung geförderte "Projekthaus NanoBioMater" an der Universität Stuttgart (www.uni-stuttgart.de/nanobiomater).

Unsere Abteilung
Die Abteilung Molekularbiologie und Virologie der Pflanzen umfasst drei international aktive Teams, die Pflanzenviren als Pathogene, Modellsysteme und Nanowerkzeuge erforschen (geleitet von Prof. Dr. Holger Jeske, Abteilungsleiter, Prof. Dr. Christina Wege (apl.), und Priv.-Doz. Dr. Tatjana Kleinow). Damit ist sie in den genannten Gebieten die größte Forschungsgruppe an deutschen Universitäten. Zwei weitere Postdocs und vier bis sechs Doktoranden arbeiten mit B.Sc.- und M.Sc.-Studierenden des Studiengangs Technische Biologie und internationalen Gästen zusammen. Der aktuelle Stand unserer Forschungsprojekte ist am besten über unsere Publikationen (www.uni-stuttgart.de/bio/bioinst/molbio/publikationen/) ersichtlich.
 
Methoden und Arbeitsplätze
Molekularbiologische, biochemische und mikrobiologische Arbeitsplätze, Ultrazentrifugation, Isotopentechnik, automatische DNA-Sequenzierung. Histologie, Immunhistochemie, pflanzliche Zellkultur, Zellfraktionierung. Protoplastierung von Pflanzengeweben, biolistische Inokulationsverfahren. Licht- und Transmissions-Elektronenmikroskopie sowie -tomographie inkl. spezieller Präparationsmethoden, konfokale Laser-Scanning- sowie Dekonvolutions-Mikroskopie und ApoTom-Technik. Strukturanalysen mit Hilfe von 3D-Bildrekonstruktionstechniken. Chromatographische Verfahren. Gentechnische Sicherheitslabors, Botanisch-Pflanzenvirologische Versuchsstation und Freigelände.
 

 

Details


Adresse:
Universität Stuttgart
Institut für Biomaterialien und biomolekulare Systeme, Abt. Molekularbiologie und Virologie der Pflanzen
Pfaffenwaldring 57
70569 Stuttgart
Deutschland
Arbeitsgebiet:
Forschung & Entwicklung
Forschung & Lehre
Expansion:
national
Mitarbeiteranzahl:
11-50
Gründungsjahr:
1993