Molecular Plant Systems Biology

The group around Stefanie Wienkoop is dealing with the systemic analysis of plants. To gain insight into plant systems, the research group focus on the crosslinking between metabolic networks using mass spectrometry (metabolomics and proteomics) as a major tool.

One central topic is the comparative analysis of different abiotic and allelopathic stress factors in legumes such as Lotus japonicus, Medicago truncatula, Garden- and Soybean as well as Pea.

Biological questions are the interaction, regulation and adaptation of metabolic networks and growth processes of different plant tissues (leaf, root, nodule) to unravel the influence of changing environmental conditions also in respect to symbiotic plant-microbe interactions.

Environmental changes and interferences are affecting a complex metabolic network thus influencing the interaction of a whole system.

Plants are sessile life forms that have to adapt to these continuously changing environmental conditions. Those changes can be caused due to diurnal rhythm and abiotic factors such as temperature, light, water and nutrition supply. Plants are considered stressed if reduction in growth or reproduction is caused dependent upon load. Applications of targeted and non-targeted analyses are being used. The non-targeted approach allows for the comprehensive and unbiased analysis of metabolic pathways, which enables detection of novel physiologically relevant metabolites and proteins that uncovers new regulatory mechanisms and complex network connections. The complementary targeted analysis allows for the determination of absolute concentrations the study on subcellular localisation, post translational modifications etc. of selected metabolites and proteins belonging to an interacting metabolic pathway.

Molekulare Systembiologie der Pflanzen.

Die Arbeitsgruppe um Dr. Stefanie Wienkoop beschäftigt sich mit der systemischen Analyse von Pflanzen. Dabei sollen Fragen nach Regulationsmechanismen und der Vernetzung von Stoffwechselwegen aufgeklärt werden.

Als technologische Plattform dient dabei vorrangig die Massenspektrometrie (Metabolomics und Proteomics), aber auch klassische Analysen zur Anatomie und Physiologie kommen zum Einsatz.

Schwerpunk der Arbeit sind die Vergleichende Untersuchung verschiedener biotischer und abiotischer Streßfaktoren bei Leguminosen (Lotus japonicus, Medicago truncatula, Garten- und Sojabohne sowie Erbse).

Biologische Fragestellungen sind dabei die Vernetzung und die Steuerung sowie die Anpassung des Stoffwechsels und der Wachstumsprozesse in unterschiedlichen Geweben (Blatt, Wurzel, Knöllchen) um den Einfluss von sich ändernden Umweltbedingungen zu untersuchen.

Verschiedene Umwelteinflüsse bzw. Störungen verlaufen nicht als singuläre Stoffwechselwege. Sie bilden ein weitverzweigtes Netzwerk von Interaktionen im gesamten System.

Pflanzen sind sessile Lebensformen, die sich ständig verändernden Umweltbedingungen anpassen müssen. Dabei unterliegen Pflanzen nicht nur tages- und jahreszeitlichen Schwankungen, sondern auch Umwelteinflüsse wie z.B. Temperatur (Hitze und Kälte), Licht, Wasserangebot und Nährstoffverfügbarkeit. Pflanzen gelten dann als gestresst, wenn eine Belastungssituation zur Reduktion des Wachstums oder Beeinträchtigung der Reproduktionsfähigkeit führt. Zum Einsatz kommen zum einen sogenannte „nicht-gerichtete” Analyseverfahren, d.h. möglichst umfassende Untersuchungen ohne Beschränkungen auf bestimmte Stoffwechselwege, welche neue Mechanismen und systemisch/regulatorisch relevante Marker (Metabolite und/oder Proteine) aufdecken können. Zum anderen kommen „gerichtete“ Analyseverfahren zum Einsatz, die Daten über Absolutkonzentrationen, Lokalisationen, posttranslationale Modifikationen usw. von ausgewählten Metaboliten und Proteinen zusammenhängender Stoffwechselwege ermöglichen.