Unser zentrales Forschungsziel ist es, die dynamischen Anpassungsmechanismen der Photosynthese an Umweltveränderungen zu erforschen. Dabei untersuchen wir, wie Prozesse der Photosynthese reguliert werden, wenn sich Umweltfaktoren wie Lichtintensität ändern und welche evolutionären Anpassungen diesen Mechanismen zugrunde liegen.

1. Plastidäre Ionentransportproteine, die durch den Energiezustand reguliert werden

Der K⁺/H⁺-Austausch-Antiporter 3 (KEA3) ist in der photosynthetischen Thylakoidmembran lokalisiert. Durch den Transport von H⁺ über diese Membran beeinflusst dieses Protein die Dynamik eines photoprotektiven Mechanismus, der durch den pH-Wert des Lumens reguliert wird. Die Transportaktivität von KEA3 wird über die Bindung von Nukleotiden vom energetischen Zustand des Chloroplasten gesteuert, und wir untersuchen derzeit die molekularen Mechanismen, die dieser Regulation zugrunde liegen. Außerdem erforschen wir, wie Unterschiede in der KEA3-Regulation zwischen Algen und Pflanzen zu ihren unterschiedlichen photosynthetischen Reaktionen beitragen. Diese Forschung wird über  FOR 5573 – GoPMF finanziert.

Uflewski et al., 2024; DOI: 10.1038/s41467-024-47151-5
von Bismarck et al., 2023; DOI: 10.1111/nph.18534
Armbruster et al., 2014; DOI: 10.1038/ncomms6439

Zusätzlich zu KEA3 haben wir weitere Chloroplast-Ionentransporter identifiziert, die Nukleotide binden und deren Transportaktivität möglicherweise ebenfalls durch den Energiezustand des Chloroplasten reguliert wird. Mithilfe biochemischer, biophysikalischer und molekularbiologischer Methoden verfolgen wir einen interdisziplinären Ansatz, um das komplexe regulatorische Netzwerk dieser Ionentransportproteine zu erfassen.

2. Kombinierte Effekte von Temperatur und Licht auf die photosynthetische Dynamik

In der Natur gehen Schwankungen der Lichtintensität häufig mit Änderungen der Temperatur einher. Temperaturveränderungen beeinflussen die physikalisch-chemischen Eigenschaften und kinetischen Raten der photosynthetischen Maschinerie. Um die Effekte von Temperatur und Lichtintensität auf photosynthetische Reaktionen voneinander zu trennen, kombinieren wir theoretische und experimentelle Ansätze in Zusammenarbeit mit der Matuszyńska-Gruppe an der RWTH Aachen (link) . Dieses Promotionsprojekt wird durch CEPLAS (Link) gefördert und zielt darauf ab, unser Verständnis der Photosynthese in natürlichen, schwankenden Lichtumgebungen zu verbessern und die Auswirkungen des zukünftigen Klimawandels auf diese Prozesse vorherzusagen.

3. Das Anpassungspotential der dynamischen Photosynthese

Pflanzen unterscheiden sich in ihrer Fähigkeit sich an Lichtveränderungen anzupassen. Dies kann sogar zwischen Pflanzen derselben Art beobachtet werden. Als Teil des TRR341-Ecological Genetics, erforschen wir, ob diese unterschiedlichen Anpassungsfähigkeiten eine Reaktion auf variierende Intensitäten der Beschattung darstellen.