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2013-2014 Scientific Report Leibniz Institute of Plant Biochemistry Institutstagung in Wittenberg, März 2014 Table of Contents A Word from the Managing Director 4 Department of Cell and Metabolic Biology Presentation of the Institute 5 Professor Alain Tissier Grußwort des Geschäftsführenden Direktors 8 Glandular Trichome and Isoprenoid Biosynthesis Vorstellung des Instituts 9 Alain Tissier Organigramm 13 Leitung und Gremien des Instituts 14 Department of Molecular Signal Processing 16 Professor Steffen Abel Nutrient Sensing 20 22 Luz Irina A. Calderón Villalobos Jasmonate Function & Mycorrhiza Phenylpropanoid Metabolism & Protein Biochemistry Synthetic Biology Publications and other Activities of the Department of Cell and Metabolic Biology Publications and other Activities of the Department of Molecular Signal Processing 26 Protein Recognition and Degradation Department of Bioorganic Chemistry 28 Marcel Quint Professor Ludger Wessjohann 30 32 Ludger Wessjohann & Wolfgang Brandt Synthesis 34 Ludger Wessjohann & Bernhard Westermann Spectroscopy 36 Andrea Porzel & Jürgen Schmidt Screening 40 Wolfgang Brandt & Andrea Porzel Publications and other Activities of the Department of Bioorganic Chemistry 42 Department of Stress and Developmental Biology 46 Professor Dierk Scheel Molecular Communication in Plant-Pathogen Interactions 48 Wolfgang Knogge Cellular Signaling 76 78 Interdepartmental Research Group 80 Wolfgang Hoehenwarter Publications and other Activities of the Junior Research Groups 82 Publications of the Interdepartmental Research Group 83 Abteilung Administration und Infrastruktur 84 Christiane Cyron 86 Personalübersicht des IPB 2013 / 2014 87 Budget 2013 / 2014 88 Drittmittel 2013 / 2014 89 Nationale und internationale Forschungsverbünde und -netzwerke 90 Gastwissenschaftler/innen und Stipendiat(inn)en 94 Presse- und Öffentlichkeitsarbeit 96 Sylvia Pieplow Medienpräsenz, Layout und Internet 99 50 Dierk Scheel & Justin Lee Induced Pathogen Defense 74 Nico Dissmeyer Mitarbeiter der Abteilung Administration und Infrastruktur 2013 / 2014 38 Norbert Arnold & Bernhard Westermann Computational Chemistry 72 Marco Trujillo Proteome Analytics Norbert Arnold & Jürgen Schmidt Chemoenzymatics 70 Independent Junior Research Groups Ubiquitination in Immunity Natural Products 68 Bettina Hause 24 Auxin Signaling 66 Alain Tissier & Michael H. Walter Sylvestre Marillonnet Selma Gago Zachert & Steffen Abel Signal Integration 64 Thomas Vogt 18 Steffen Abel Defense Metabolism Carotenoid Metabolism & Mycorrhiza 62 52 Impressionen und Impressum 104 Sabine Rosahl & Dierk Scheel Bioinformatics & Mass Spectrometry 54 Steffen Neumann Metabolite Profiling in Arabidopsis and Crop Plants 56 Dierk Scheel Publications and other Activities of the Department of Stress and Developmental Biology 2 58 3 A Word from the Managing Director Presentation of the Institute esearch at the Leibniz Institute of R ty Halle-Wittenberg (MLU) that is particu- Leibniz Research Alliances, heading one Plant Biochemistry is focused on larly evident by the joint appointments of them (Bioactives & Biotechnology). plant natural products, like sec- of the department heads of IPB who are ondary metabolites and hormones, and also professors at the university. The most The bodies of the IPB are the Board of on the role these play for plants in re- relevant cooperation platform between Trustees (Stiftungsrat), the Scientific Ad- sponse to the environment. As a leading the university and regional Leibniz insti- visory Board (Wiss. Beirat), and the IPB institution in the field, it is one of the few tutes is the Science Campus Halle Plant Board of Directors. The Managing Di- establishment of two independent junior research that fully integrate biological and chem- Based Bioeconomy. The institute is also rector (CEO) and the Administrative Head groups, but above all our academic performance, ical expertise and provide the infrastruc- active in the German Centre of Integra- (CFO), as part of the Directors Board, form have been very positively recognized by our evalua- ture required for a comprehensive study ted Biodiversity Research (iDiv) Halle- the Executive Board of the institute. The tors and peers. Since any past performance only of the interaction and function of small Jena-Leipzig. boards of directors and trustees can seek Signal Processing and Cell and Metabolic Biology), a reorganization of parts of the administration, and the holds that much value as it contributes to improve- Dear Reader, "Omics" without end, one is inclined to think. The comprehensive analysis of genes and transcriptomes now increasingly is followed by studies of proteomes and metabolomes. Recently, publications in the latter two areas show a much faster growth than genome analyzes. This might be because the characteristic of an organism - a plant in our case - for human application ultimately lies in its proteins and natural products (metabolites). Our institute is in an excellent position to contribute to these exciting developments as it was one of the first, already some fifteen years ago, to examine the secondary metabolome of plants. ments now and in the future, I am particularly Mission Statement pleased that our scientific productivity was steadily Research at the Leibniz Institute of Plant Biochemistry (IPB) focuses on the chemical diversity, the biosynthesis, the biological roles, and the mechanisms of action of plant and fungal natural products, with an emphasis on specialized metabolites and signaling molecules. Our aim is to develop a comprehensive molecular understanding of the adaptive and developmental processes which plants evolved as a consequence of their dynamic interaction with the environment. The resulting changes in gene expression and phenotype are analyzed in interdisciplinary approaches at the genome, proteome and foremost at the metabolome level. The knowledge gained will pave the way to a plant-based bioeconomy: it will facilitate sustainable crop production, innovative biotechnology and drug development to improve the nutrition and health of humans, animals and plants. improving in 2013 and 2014, despite the time burden of the evaluation. This is exemplarily documented in this booklet. I thank all colleagues and staff of IPB, and the advisory and trustee board members for their help and encouragement, and of course the many alumni, friends and cooperation partners of the Institute for their support and trust in us, respectively. The high molecules in, from and on plants. The in- History and Organisation advice on basic scientific issues from the quality of our results is based on their commitment! stitute provides an excellent environment On 1 January 1958 Prof. Kurt Mothes foun- Institutes Scientific Council (Wissen- This is evidenced not only by the positive evaluation of international rank to its employees and ded the Centre for Biochemistry of Plants schaftlicher Institutsrat, WIR) – consist- result of the Leibniz Senate, but first and foremost it especially to young scholars and guest in Halle (Saale) within the German Aca- ing of the heads of the research groups is evidenced by our publications and by the excellent scientists from around the world. The demy of Sciences (East-Berlin). After re- and representatives of postdoctoral and commitment to basic research is the unification of Germany, the academy in- doctoral fellows. A works council supports starting point for innovative, application- stitutes underwent transformation, and and voices employee issues. oriented research in the areas of plant the centre was reinstated as Institute of and human health and nutrition, and young scientists leaving the institute to pursue their careers. Plant Biochemistry (IPB) on 1 January The IPB consists of four scientific depart- toward a plant-based bioeconomy. The 1992. The Leibniz Institute of Plant Bio- ments (Stress and Developmental Biolo- learn more about their work. If you prefer, however, IPB participates in national and interna- chemistry since then is an independent gy, Bioorganic Chemistry, Molecular Sig- not to look at past achievements, but would like to tional consortia, such as EU-funded pro- non-profit research institute funded by nal Processing, and Cell and Metabolic learn more about our current excitement, do not he- jects and networks (ERA, COST), or in the Federal Government and the State of Biology), and three extradepartmental sitate to contact our researchers. BMBF and DFG initiatives. It cofounded Saxony-Anhalt with the legal status of a research groups including two inde- and actively participates in three Leibniz foundation under public law. The IPB is pendent junior research groups (Ubiqui- research alliances and is a leading mem- under protection and supervision of the tination in Immunity and Protein Degra- ber of the ScienceCampus Halle Plant government of Saxony-Anhalt. It became dation), and an administration and infra- Based Bioeconomy (v.i. and www.science- a member of what is now the Leibniz structure department. The institute has received the maximum possible extension of basic campus-halle.de), combining eleven insti- Association (http://www.leibniz-gemein- some 190 employees with over 100 sci- funding from federal and state governments. tutions with over 2000 researchers of all schaft.de/en/home/) that comprises 89 entists of some 20 different nationalities areas of plant sciences and its applica- research institutes and is one of the four and over 50 PhD students. tions. major research organizations in Germa- This was made possible by the excellent integration of biological and chemical expertise and the systematic investment in an appropriate infrastructure and informatics. Analogously, plant proteomics was added to complete the picture. The results now help us to understand plant performance and to improve, This report provides you with the opportunity to for example, the production of active ingredients. With these activities, our institute was evaluated in 2013 by the Senate of the Leibniz Association and Thus the preceding and significant rejuvenation of Scientifically yours, ny. The IPB belongs to Section C - Life Recent developments Locally the institute keeps a close rela- Sciences, dedicated to health and biodi- Mid 2013 the institute was evaluated by tionship with the Martin-Luther Universi- versity research. It participates in three an independent commission of the Leib- the institute with two new departments (Molecular 4 5 niz Association, headed by Prof. Alexan- Based Bioeconomy, of which the first ba- Research on natural products in biologi- plication and development of modern function analysis. Within the overall con- molecular interactions and gene func- der Steinbüchel. Following its highly po- sic funding period ended 2014. With cal material is carried out via an interde- cell biological methods supports the cept of functional genomic analysis, tion analyses is only possible by apply- sitive recommendation, the senate of fresh support from both Leibniz Associa- partmental network of modern analytical interdepartmental work to analyze the based on transcriptome, proteome, and ing information technology (bioinforma- the Leibniz association, and following tion and the state of Saxony-Anhalt also techniques. This forms the basis for the dynamics of molecular interactions in metabolome data, genes are identified tics, computational chemistry). In partic- this the states and federal joint science the foundation for the upcoming second discovery of new natural product struc- the living organism. The chemical struc- and characterized, which are essential ular, the metabolome and proteome ana- conference, granted the IPB the maxi- research period (to 2018) could be finan- tures as well as studies of their biosyn- tures of the interacting molecules are for biosynthesis and metabolism of natu- lyses and bioactivity screens require the mum period of future support (7 years). cially secured. thesis and biological function. Structure modified by, e.g., genetic engineering ral products and for plant development development of new methods of data elucidation provides the basis for chemi- methods or chemical derivatization. The and adaptation on different environmen- analysis, processing and linking. The in- Apart from financial and strategic con- cal synthesis and derivatization of natu- effects of these changes can be moni- tal conditions. The use of mutants, trans- stitute has therefore established infor- solidation, it is most of all the scientific ral products and makes an important tored in appropriate models and investi- genic and transiently modified plants al- matics based research groups, fully inte- output of IPB that defines our success. contribution to diversity and to increase gated by screening methods to finally lows not only the direct analysis of gene grated into the departments, which are high level development since the last evalua- This considerably increased 2013 / 2014 successful approaches to discover their select molecules with desired properties function, but also the production of mo- particularly committed to this problem. tion is highly appreciated by the Federation (of despite the time consuming evaluation biological activities. The isolation of bio- (e.g. new drugs, signal compounds, en- del plants with altered profiles, novel This is, together with the new central da- Germany) and the State (of Saxony-Anhalt). preparation. Over 200 articles have been synthetic enzymes allows access to the zymes). This forms the basis for the de- health-related ingredients, and new or ta management, a platform that expands With its unique selling point, the interdisci- published, almost exclusively in peer-re- corresponding genes and thus to study velopment of new syntheses and selec- improved adaptation to specific environ- the interdepartmental research compe- plinary combination of basic research in molec- viewed international journals, and many the regulation of biosynthetic pathways tion processes as well as appropriate as- mental conditions. Such plants will be tence. The eventual goal of this ap- of them of high impact. Details can be and the cellular and organismic organi- say and analytical procedures, supported beneficial for the sustainable production proach is the integral linkage and analy- found in the reports of the departments. zation of its components. by visualization of the molecular interac- of valuable substances and biocatalysts, sis of structurally diverse data sets, gen- tions via computer modeling. for use as biological test systems and for erated within the different research plant breeding. areas, towards a better understanding of The state and federal ministeries conclude: “The positive overall assessment of IPB and its ular plant biology and applied bioorganic chemistry, it makes important contributions of national and international relevance and with Research Profile The genetically determined plant devel- high science political impact. In the national The research activities of the institute fo- opment and its modulation during adap- The close combination of chemical, bio- strategy towards a sustainable bioeconomy, the cus on analyses of natural products (sec- tation to specific environmental condi- chemical, molecular and cell biological Linking the various data obtained from IPB occupies an important role.” ondary metabolites), molecular interac- tions rely on receptor-mediated percep- approaches allows new access to gene research activities on natural products, tions, and gene functions. These activi- tion of endogenous signals or biotic and Research at IPB in the upcoming years ties are linked with information technol- abiotic environmental factors. Cellular will concentrate on four major topics: ogy (bioinformatics, computational chem- and systemic signal networks are evalu- istry). ated, adjusted and converted through Plants and fungi developed in the course sponding physiological reactions, usu- of evolution an enormous diversity of na- ally based on transiently and locally al- tural products. This diversity is enlarged tered profiles of natural products. Mole- through changes in the patterns of these cular interactions form the basis of these products during development and adap- expiring cellular functions. An interdisci- tation to environmental conditions. The plinary analysis of these interactions is knowledge of structure and function of therefore of central importance in the natural products is an essential prerequi- research approaches of the institute. Re- site for understanding development and ceptor-ligand, enzyme-ligand and pro- adaptation processes and opens up new tein-protein interactions form the molec- resources for use in crop production, ular basis for these processes and their This development is and will also be re- crop protection, biotechnology and drug application in drug research. From this flected in changes in the research development. With the progressive real- perspective, mechanisms of interorgan- groups (RGs), for which the new RG ization of the profits from plant genome ismic communication between plants Synthetic Biology (head: Sylvestre Maril- research, this information is of fundamen- and pathogens and symbionts are inves- lonet) in the department Cell and Meta- tal importance for functional genome tigated and the organization of biosyn- bolic Biology is exemplary, or the call Dr. analysis. thetic pathways and signal transduction • Biosynthesis and Biotechnology of Plant Secondary Metabolites • Signaling Molecules of Plants and their Effects • Plant Microbe Interactions and Chemical Communication Marcel Quint of Molecular Signal Pro- 6 cialized metabolites and interactions. gene expression patterns into corre- • Analysis, Chemistry and Biological Activity of Natural Products the biological system plant with its spe- is analyzed. cessing received for a professorship at The comprehensive analysis of plant and the MLU. The local integration and fund- fungal natural products is one of the key Cooperations within the institute include ing of our research is strongly based on priorities in the research program of the proteomic, metabolomic, screening and the success of the ScienceCampus Plant Leibniz Institute of Plant Biochemistry. informatics projects. Moreover, the ap- 7 Grußwort des Geschäftsführenden Direktors Vorstellung des Instituts m Mittelpunkt der Forschung am Leib- Historisches und Organisation tien, z.B. in EU-Projekten und Netzwerken 1958 gründete Kurt Mothes das Institut für steht die umfassende Analyse pflanzli- (COST, ERA-Net), oder in BMBF-, oder DFG- Biochemie der Pflanzen unter dem Dach auch von Außenstehenden als sehr erfolgreicher Pro- I nationalen und internationalen Konsor- niz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) cher und pilzlicher Naturstoffe, insbeson- Initiativen, vor allem aber innerhalb der der Deutschen Akademie der Wissen- zess gewürdigt worden. Da alle vergangenen Leistun- dere der sekundären Inhaltsstoffe und Leibniz-Gemeinschaft durch die aktive schaften zu (Ost-) Berlin. Im Rahmen der gen nur so viel Wert haben, wie sie zu Verbesserun- Phytohormone, und deren Rolle für die Gestaltung des WissenschaftsCampus Umstrukturierung nach der Wende wurde gen jetzt und in Zukunft beitragen, freut mich beson- Wechselwirkung von Pflanzen mit ihrer Halle Pflanzenbasierte Bioökonomie sowie am 1. Januar 1992 das Institut für Pflanzen- ders, dass unsere wissenschaftliche Produktivität, Umwelt. Das IPB verfolgt dazu eine beson- in drei Leibniz-Forschungsverbünden. biochemie (IPB) in Halle (Saale) als ein vom trotz der zeitlichen Belastung durch die Evaluierung, 2013 und 2014 stetig verbessert werden konnte. Das gilt ebenso für das Serviceangebot der Abteilung Leitbild Administration und Infrastruktur. Das wird in diesem Im Mittelpunkt der Forschung am Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie stehen die chemische Diversität und Biosynthese sowie die biologischen Funktionen und Wirkmechanismen von pflanzlichen und pilzlichen Naturstoffen, insbesondere von spezialisierten Stoffwechselprodukten und niedermolekularen Signalträgern. Ein Ziel ist es, zu einem möglichst umfassenden Verständnis der Anpassungs- und Entwicklungsprozesse zu gelangen, die aus dem dynamischen Wechselspiel von Pflanzen mit ihrer Umwelt resultieren. Die dadurch bedingte Umsteuerung pflanzlicher Genexpression und die phänotypischen Veränderungen werden in interdisziplinären Forschungsansätzen auf den Ebenen des Genoms, des Proteoms und insbesondere des Metaboloms untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse eröffnen neue Wege für eine pflanzenbasierte Bioökonomie. Sie dienen einer Ressourcen-schonenden Pflanzenproduktion, einer innovativen Biotechnologie und Wirkstoffentwicklung, und damit der Gesundheit und Ernährung von Mensch, Tier und Pflanze. Heft exemplarisch dokumentiert. Ich danke allen Kollegen und Mitarbeitern des IPB sowie den Beirats- und Stiftungsratsmitgliedern für Liebe Leser, Omics und kein Ende, mag man denken. Den umfas1 senden Analysen der Gene und Transkriptome fol2 gen zunehmend Untersuchungen von Proteom und 3 ihren Einsatz, und natürlich den vielen Alumni, Freunden und Kooperationspartnern des Instituts für die Unterstützung und das Vertrauen in unsere Partner- Metabolom . Veröffentlichungen zu letzteren beiden schaft. Die hohe Qualität unserer Ergebnisse basiert Gebieten nehmen seit einiger Zeit wesentlich schnel- auf ihrem Engagement, das Anerkennung nicht nur ler zu als Genomanalysen, denn für das, was die Ei- in einer Weiterförderung durch Bund und Land in der genschaft einer Pflanze für den Menschen letztlich Leibniz-Gemeinschaft erfährt, sondern zuvorderst ders breit angelegte multidisziplinäre Regional pflegt das Institut sehr enge ausmacht, sind Proteine und Naturstoffe (Metaboli- durch unsere Publikationen und die am Institut her- Strategie, welche chemische, physiologi- Beziehungen zur Martin-Luther-Univer- nanziertes außeruniversitäres Forschungs- ten) entscheidend. Und dafür ist unser Institut ausge- vorragend und stark interdisziplinär ausgebildeten sche, zellbiologische, biochemische, mo- sität Halle-Wittenberg. Dies kommt be- institut mit dem juristischen Status einer zeichnet aufgestellt; denn bereits seit über fünfzehn Nachwuchswissenschaftler. lekularbiologische und genetische Me- sonders durch gemeinsame Berufungen Stiftung des öffentlichen Rechts des Lan- thoden sowie die zugehörige Informatik der wissenschaftlichen Leitungsposi- des Sachsen-Anhalt neu gegründet. Seit- Jahren untersuchen wir als eines der ersten Institute das Metabolom von Pflanzen mit Schwerpunkt auf Ihnen als Leser bietet dieser Bericht die Gelegenheit, umfasst, um so die Analyse, Bedeutung tionen zum Ausdruck, wobei die Abtei- dem ist das Institut Mitglied der jetzigen den spezialisierten, analytisch besonders aufwändi- mehr über ausgewählte Projekte dieser Mitarbeiter und Anwendung kleiner Moleküle aus, in lungsleiter in Personalunion eine Pro- Leibniz-Gemeinschaft (www.leibniz-ge- gen Sekundärstoffwechsel. Möglich wurde das durch und Kooperationen zu erfahren. Wenn Sie ergänzend und an Pflanzen zu erforschen und die fessur an der Universität einnehmen. Das meinschaft.de) mit ihren 89 wissen- die ausgezeichnete Integration von biologischer und zum Rückblick mehr über zukünftige Entwicklungen molekularen Interaktionen der komplexen Institut betreibt engagiert die Förderung schaftlichen Einrichtungen. Das IPB ge- chemischer Fachkenntnis am IPB und durch den kon- erfahren möchten, scheuen Sie sich nicht, unsere biologischen Prozesse von Pflanzen unter des wissenschaftlichen Nachwuchses, hört zur Sektion C: Lebenswissenschaf- sequenten Aufbau entsprechender Infrastruktur und Forscher anzusprechen. variierenden Umweltbedingungen zu er- zu dem neben den über 60 Doktoranden ten, welche die Kernthemen Gesundheit kunden. Dabei nimmt die Grundlagenfor- und Postdoktoranden derzeit zwei ei- und Biodiversität abdeckt. Es ist an drei schung eine zentrale Stellung ein. Sie ist genständige Nachwuchsgruppen (Habi- Leibniz-Forschungsverbünden beteiligt, um pflanzliche Leistung zu verstehen, zu verbessern, Ausgangspunkt für innovative anwen- litanden) zählen. Das wichtigste Element wovon einer (Wirkstoffe und Biotechnolo- und z.B. zur Herstellung von Wirkstoffen zu nutzen. dungsorientierte Forschungsprojekte zur dieser Zusammenarbeit ist der Wissen- gie) am IPB koordiniert wird. Mit diesen Aktivitäten wurde unser Institut 2013 vom pflanzlichen und humanen Gesundheit schaftsCampus Pflanzenbasierte Bioö- Senat der Leibniz-Gemeinschaft evaluiert und erhielt und Ernährung sowie für pflanzenbasierte konomie (www. sciencecampus- halle.de). Die Organe der Stiftung sind der Stif- die maximale Verlängerung der gemeinsamen Basis- Produkte und Prozesse der Bioökonomie. Ferner ist das IPB einer der institu- tungsrat, der Wissenschaftliche Beirat Im Bereich der Pflanzenwissenschaften tionellen Partner im Deutschen Zentrum und das Direktorium. Der Geschäftsfüh- zählt das IPB damit zu den führenden In- für integrative Biodiversitätsforschung rende Direktor und die Administrative Lei- Informatik. Analoge Proteomuntersuchungen komplettieren das Bild, und die Ergebnisse nutzen wir, Ihr förderung durch Bund und Land. Damit sind die er- 1 heblichen Veränderungen der Vorjahre wie die Neu- die wirklich abgelesenen Gene 2 die mit den abgelesenen Genen produzierten Eiweiße, z.B. Enzyme als Biokatalysatoren stituten. Es ist bestrebt, seinen Mitarbei- (iDiv: www.idiv-biodiversity.de), welches terin sind Teil des Direktoriums und bilden die niedermolekularen chemischen Inhaltsstoffe tern und insbesondere den Nachwuchs- 2012 bundesweitem die Geschäftsführung des Instituts. Der von zwei unabhängigen Nachwuchsgruppen, allem (Metaboliten) in einem Organismus, gewöhnlich mit und Gastwissenschaftlern ein exzellentes Wettbewerb von der DFG dem Verbund Wissenschaftliche Institutsrat (WIR) – be- voran aber unsere wissenschaftlichen Leistungen Hilfe der Enzyme in der Zelle produziert Umfeld von internationalem Rang zu bie- aus Halle-Jena-Leipzig zugesprochen stehend aus den Leiterinnen und Leitern ten. Das Institut engagiert sich daher in wurde. der wissenschaftlichen Arbeitsgruppen orientierung von zwei Abteilungen (MSV und SZB) und von Teilen der Verwaltung, sowie die Einrichtung 8 Bund und vom Land Sachsen-Anhalt fi- 3 nach einem 9 und Vertretern der Postdoktoranden und Doktoranden – berät das Direktorium und • Analytik, Chemie und biologische Wirkung von Naturstoffen den Stiftungsrat in grundsätzlichen wissenschaftlichen Fragen. Der Personalrat vertritt die Arbeitnehmer des Institutes. pflanzlichen Entwicklung und Anpassung an fluktuierende Umwelt- und Standortbedingungen. Neben einer Plastizität ziel- • Biosynthese und Biotechnologie pflanzlicher Sekundärstoffe gerichteten Organwachstums reagieren Pflanzen auf Umweltveränderungen und Forschungsschwerpunkte - Unser Weg in die Zukunft lokale Herausforderungen mit einer flexiDas Institut besteht aus vier wissenschaftlichen Abteilungen: Stress- und Entwick- • Pflanzliche Signalmoleküle und ihre Wirkung lungsbiologie (SEB), Natur- und Wirkstoff- blen Umsteuerung ihres zentralen und peripheren Stoffwechsels. Mit Hilfe niedermolekularer Substanzen werden externe chemie (NWC), Molekulare Signalverar- • Pflanze-Mikroben-Interaktion / Ressourcen maximal erschlossen, Krank- beitung (MSV), und Stoffwechsel- und Chemische Kommunikation heitserreger und Fraßfeinde abgewehrt, Zellbiologie (SZB), sowie abteilungsunab- oder es wird mit anderen Organismen hängigen Forschungsgruppen, darunter Dies findet seinen Wiederhall in Änderun- zwei unabhängigen Nachwuchsgruppen gen der Arbeitsgruppen, stellvertretend passungsreaktionen auf veränderte exter- (Proteinerkennung und –abbau, und Ubi- sei hier die Einrichtung der neuen AG ne Bedingungen werden über die Einbin- quitinierung in der Immunantwort) und Synthetische Biologie (Leiter: Sylvestre dung multipler und hoch-komplexer infor- der Abteilung Administration und Infra- Marillonnet) in der Abteilung SZB ge- mationsverarbeitender molekularer Netz- struktur (AdmIn). Das IPB beschäftigt nannt. Instrumental ist auch das Engage- werke reguliert und auf zellulärer und sys- etwa 190 Angestellte; es sind über 100 ment des IPB im Wissenschaftscampus. temischer Ebene realisiert. Die Kenntnis Wissenschaftler mit etwa 20 Nationalitä- Dessen Basisförderung kann nach dem von Struktur, Synthese, Funktion und ten und mehr als 50 Doktoranden in der Ende der ersten Förderperiode 2014 Wirkmechanismen biologisch aktiver Forschung aktiv. durch Bewilligungen im Rahmen des Stoffwechselprodukte und -intermediate neuen SAS-Verfahrens der Leibniz-Ge- ist daher Voraussetzung für ein umfassen- Aktuelle Entwicklungen meinschaft und Zusagen des Landes des Verständnis pflanzlicher Diversität so- Mitte 2013 wurde das Institut von der un- Sachsen-Anhalt nahtlos fortgeführt wer- wie von wachstums- und entwicklungs- abhängigen Evaluierungsgruppe unter den (zweite Periode bis 2018). fördernden Adaptationsprozessen. Dieser der Leitung von Professor Alexander chemisch kommuniziert. Pflanzliche An- Erkenntnisgewinn ermöglicht neue Wege Steinbüchel bewertet. Die Kommission Nach der Etablierung von zwei neuen Ab- zu einer nachhaltigen Pflanzenproduktion und folgend der Senat der Leibniz-Ge- teilungen in den Vorjahren, strategischer und für innovative Biotechnologie- und meinschaft haben sowohl die bisherigen Fokussierung und Abschluss der Evaluie- Wirkstoffentwicklungen als Grundlagen Leistungen des Instituts als auch seine rung konnte das IPB seine wissenschaft- einer pflanzenbasierten Bioökonomie. strategische Zukunftsplanung sehr positiv liche Leistung 2013 und 2014 weiter stei- bewertet. Daraufhin hat die Gemeinsame gern. Arbeiten des Instituts wurden erst- Der Forschungsauftrag des Leibniz-Insti- Wissenschaftskonferenz von Bund und mals in über 200 wissenschaftlichen Pu- tutes für Pflanzenbiochemie, welcher im Ländern mit Beschluss vom 20.03.2014 blikationen veröffentlicht, nahezu alle da- Zuge des globalen Wandels an gesell- die gemeinsame Förderung ohne Ein- von in begutachteten Zeitschriften und schaftlicher Relevanz gewinnt, wird in ei- schränkung für weitere sieben Jahre (Ma- Büchern renommierter Verlage, viele da- ner einzigartigen Konstellation und Bün- ximalzeit) beschlossen. Bund und Land von in sehr guten und hochrangigen Zeit- delung von chemischen und biologi- stellen dazu fest: schriften. Details finden sich in den Be- schen Kompetenzen in vier wissenschaft- richten der Abteilungen. Ferner gab es lichen Abteilungen und Nachwuchsgrup- „Die positive Gesamtwürdigung der Weiterent- zwei Habilitationen, und Dr. Marcel Quint, pen umgesetzt. Diese wissenschaftliche wicklung des IPB auf hohem Niveau seit der AG-Leiter in der Abteilung MSV erhielt Expertise ermöglicht eine enge themati- letzten Evaluierung werden von Bund und Sitz- den Ruf auf eine Professur der Martin-Lu- sche und kooperative Verknüpfung von land sehr begrüßt. Mit seinem Alleinstellungs- ther-Universität. Natur- und Wirkstoffchemie, Biochemie merkmal, der interdisziplinären Kombination und Pflanzenbiologie, die durch gemein- Forschungsprofil sam etablierte und genutzte technologi- Pflanzen haben sich im Laufe der Evolu- sche Plattformen und Datenbanken unter- tion als Konsequenz ihrer sessilen Lebens- stützt wird. So ist die umfassende Analyse und Wirkstoffchemie, leistet es wichtige Beiträ- weise zu Spezialisten der flexiblen Anpas- pflanzlicher und pilzlicher Naturstoffe ein ge, die von überregionaler Bedeutung und ho- sung mit hoher Widerstandsfähigkeit ent- zentraler Schwerpunkt im Forschungs- her forschungspolitischer Relevanz sind. In der wickelt. Die daraus resultierende Arten- konzept des Institutes, an den weitere nationalen Bioökonomiestrategie besetzt das vielfalt spiegelt sich in einer enormen Forschungsschwerpunkte assoziiert sind. chemischen Diversität pflanzlicher Natur- Zur umfassenden qualitativen und quanti- stoffe wider. Die artspezifischen Muster tativen Erfassung von Naturstoffen in bio- Die Forschung des IPB wird sich dazu in dieser Naturstoffe erhalten eine zusätzli- logischen Materialien und zur Aufklärung den nächsten Jahren auf folgende Haupt- che Dimension der Komplexität durch dy- ihrer Struktur werden in einem abtei- themengebiete fokussieren: namische Veränderungen während der lungsübergreifenden Kompetenzbereich von grundlagenorientierter molekularer Pflanzenbiologie und anwendungsorientierter Natur- IPB eine wichtige Rolle.“ 10 11 Institutsvorstellung und Organigramm Foundation Council Ministerialrat Thomas Reitmann Senior Superior Counsellor Public Relations moderne analytische Verfahren einge- kleinsäuren bilden funktionale Module für kriptom-, Proteom- und Metabolom-Ana- setzt und neu entwickelt. Dies bildet die diese molekularen Prozesse als auch lysen zur funktionellen Charakterisierung Sylvia Pieplow Grundlage zur Untersuchung der biologi- geeignete Interventionsziele für die ange- von Genen, die im Rahmen des Stoff- Personal Assistant to the Managing Director schen Funktionen von Naturstoffen und wandte Wirkstoffforschung. Unter diesen wechsels von Naturprodukten eine ent- ihrer Biosynthese als auch für die Ent- Aspekten werden die Mechanismen der scheidende Rolle für die pflanzliche Ent- deckung neuer Leitstrukturen. Die Struk- chemischen Kommunikation untersucht, wicklung und Anpassung spielen. Durch turaufklärung, chemische Synthese und insbesondere von Pflanzen mit pilzlichen die zunehmende Zahl sequenzierter Derivatisierung von Naturstoffen liefern Symbionten oder Phytopathogenen, so- pflanzlicher Genome und Transkriptome einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung ih- wie die Organisation von Signaltransduk- gewinnen systembiologische Ansätze für rer biologischen Aktivität, Erweiterung ih- tions-, Biosynthese-, Transport- und Ab- die Analyse metabolischer und regulatori- rer strukturellen Diversität und Entwick- bauwegen. Dabei kommen umfassende scher Netzwerke an Bedeutung. lung von Wirkstoffen. Die Charakterisie- Transkriptom-, Proteom- und Metabolom- rung von Enzymen und regulatorischen Analysen zum Einsatz, die zunehmend 12 Scientific Advisory Board Superior Counsellor Prof. Tina Romeis Chairwoman Prof. Norbert Sewald Board of Directors Funding and Cooperation Vice-Chairman Prof. Ludger Wessjohann Managing Director Dr. Daniela Geisler Christiane Cyron Head of Administration Prof. Steffen Abel Prof. Dierk Scheel Prof. Alain Tissier Die Speicherung, Auswertung und Ver- Proteinen sowie ihren kodierenden Genen gewebe- und zellspezifische Profilände- knüpfung der in den Forschungsschwer- ermöglicht das Studium der zellulären, rungen quantifizieren und katalogisieren. punkten - Naturstoffe und deren Biotech- gewebespezifischen und systemischen Darüber hinaus erlaubt die Anwendung nologie, Signalmoleküle und molekulare Organisation von Biosynthesewegen und und Entwicklung moderner zellbiologi- und organismische Interaktionen - gene- deren Kontrollebenen und damit der scher Methoden im Rahmen abteilungs- rierten enormen Datenmengen ist nur mit- pflanzlichen Produktions- und Speicher- übergreifender technologischer Plattfor- tels einer integrierten Bio- und Chemoin- prozesse. Diese Erkenntnisse sind die men und Kooperationen die Analyse der formatik möglich. Insbesondere die Meta- Grundlage der Entwicklung von Biokataly- Dynamik molekularer Interaktionen im le- bolom- und Proteomanalysen erfordern satoren, die umweltfreundlichere, nach- benden Organismus. Die chemische neue Methoden zur Metabolitenidentifika- haltigere Prozesse aber auch den Zugang Struktur miteinander in Wechselwirkung tion, der Datenauswertung und –verarbei- zu völlig neuen Produkten erlauben. Im tretender Moleküle wird durch gentech- tung und die Verknüpfung mit den um- Umfeld schwindender Ressourcen sind nische Verfahren, gerichtete Evolution fangreichen Datensätzen der Sequenz- biotechnologische und dabei vor allem und chemische Derivatisierung modi- und Expressions- und Wirkprofilanalysen. pflanzenbasierte Produktionsprozesse fiziert, so dass die Effekte der Verände- Die Informatik ermöglicht die Entschlüsse- der Schlüssel zu einer wissensbasierten rung an geeigneten Modellen oder in lung von Zusammenhängen als auch die Bioökonomie. Screeningverfahren untersucht werden Vorhersage von Eigenschaften aus in ihrer können und schließlich Moleküle mit den Struktur zum Teil völlig unterschiedlichen Die genetisch determinierte pflanzliche gewünschten Eigenschaften (z.B. Wirk- Datensätzen und damit ein besseres Ver- Entwicklung und ihre Modulation im Kon- stoffe, Signalträger, Enzyme) selektiert ständnis des biologischen Systems Pflan- text einer Anpassung an Umwelt- und werden. Die Grundlage dafür bildet die ze. Auf der reduktionistischen Erkenntnis- Standortbedingungen beruhen auf der Entwicklung neuer Synthese- und Selek- ebene bilden detaillierte biochemische rezeptorvermittelten Perzeption von abio- tionsprozesse sowie geeigneter Assay- Untersuchungen der Genprodukte, Struk- tischen und biotischen Parametern und und Analyseverfahren, die durch die Visu- tur-Funktions-Analysen sowie molekulare auf der Generierung Stimulus-spezifi- alisierung molekularer Wechselwirkungen Interaktionsstudien die Voraussetzung für scher endogener Signale. Der Informa- mittels Computational Modeling unter- ein umfassendes molekulares Verständnis tionsgehalt chemischer Signalträger wird stützt werden. Administration and Infrastructure Christiane Cyron interpretiert und mittels veränderter Gen- Die enge Kombination naturstoffchemi- forschung. Der Einsatz von spezifischen expressionsmuster in die entsprechen- scher, biochemischer, molekularbiologi- Allelen, relevanten Mutanten und transge- den physiologischen Anpassungsreaktio- scher, genetischer und zellbiologischer nen Pflanzen ermöglicht nicht nur die bio- nen gezielt umgewandelt, die in der Regel Forschungsansätze ermöglicht eine funk- logische Analyse der Genfunktion, son- auf transient und lokal veränderten tionsbasierte Genidentifizierung sowie dern auch die Erzeugung von Modellpflan- Profilen von spezifischen Stoffwechsel- neue experimentelle Zugänge zur Gen- zen mit verändertem Naturstoffprofil, neu- produkten basieren. Für diese Prozesse funktionsanalyse. Genetische Ansätze in en gesundheitsrelevanten Inhaltsstoffen bilden vielfältige molekulare Interaktionen Modell- und Nutzpflanzen, wie z.B. Muta- oder verbesserter Anpassung an be- die Grundlage. Ihre interdisziplinäre genese, Analyse der natürlichen Variabili- stimmte Standorte und Umweltsituatio- Analyse ist deshalb von zentraler Bedeu- tät oder Methoden der chemischen Gene- nen. Solche experimentellen Pflanzen sind tung für das Forschungskonzept des tik, beschleunigen die Identifizierung un- als biologische Testsysteme für die Züch- Institutes. Die Interaktionen von Proteinen bekannter Gene und informativer Allele tung ressourcenschonender Nutzpflanzen mit niedermolekularen Liganden oder mit essentiellen als auch quantitativ abge- unverzichtbar und für die nachhaltige Pro- zwischen Makromolekülen sowie kovalen- stuften Funktionen im pflanzlichen Stoff- duktion wertvoller Naturstoffe und Biokata- te Modifikationen von Proteinen und Nu- wechsel. Im Gesamtkonzept folgen Trans- lysatoren von hoher Anwendungsrelevanz. Human Resources Finance and Accounting Purchasing Information and Documentation Chemical Store Technical Equipment and IT Support Gardening Services Buildings and Facility Management Molecular Signal Processing Bioorganic Chemistry Stress and Developmental Biology Cell and Metabolic Biology Prof. Steffen Abel Prof. Ludger Wessjohann Prof. Dierk Scheel Prof. Alain Tissier Nutrient Sensing Steffen Abel Natural Products Norbert Arnold & Jürgen Schmidt Molecular Communication in Plant-Pathogen Interactions Wolfgang Knogge Glandular Trichome and Isoprenoid Biosynthesis Alain Tissier Ubiquitination in Immunity Marco Trujillo Defense Metabolism Selma Gago Zachert & Steffen Abel Chemoenzymatics Ludger Wessjohann & Wolfgang Brandt Cellular Signaling Dierk Scheel & Justin Lee Carotenoid Metabolism & Mycorrhiza Michael H. Walter & Alain Tissier Protein Recognition and Degradation Nico Dissmeyer Signal Integration Luz Irina Calderón Villalobos Synthesis Ludger Wessjohann & Bernhard Westermann Induced Pathogen Defense Dierk Scheel & Sabine Rosahl Jasmonate Function & Mycorrhiza Bettina Hause Auxin Signaling Marcel Quint Spectroscopy Andrea Porzel & Jürgen Schmidt Bioinformatics & Mass Spectrometry Steffen Neumann Phenylpropanoid Metabolism & Protein Biochemistry Thomas Vogt Screening Norbert Arnold & Bernhard Westermann Metabolite Profiling Dierk Scheel Synthetic Biology Sylvestre Marillonnet der Gen-, Protein- und Metabolitenfunktionen und somit für eine gezielte Wirkstoff- über zelluläre und systemische Netzwerke Dr. Henk van Liempt Computational Chemistry Wolfgang Brandt & Andrea Porzel Independent Research Groups Proteome Analytics Wolfgang Hoehenwarter Stand: 07. 10. 2014 13 Leitung und Gremien des Instituts Geschäftsleitung und Direktorium Wissenschaftlicher Beirat 2013 - 2014 Prof. Ludger Wessjohann Prof. Sabine Flitsch Geschäftsführender Direktor Vorsitzende des Wissenschaftlichen Beirats (bis Dezember 2013) Leiter der Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie Manchester Interdisciplinary Biocentre (MIB) Christiane Cyron Prof. Andreas Schaller Administrative Leiterin Stellvertretender Vorsitzender (bis Dezember 2013) Leiterin der Abteilung Administration und Infrastruktur Universität Hohenheim Prof. Steffen Abel Prof. Tina Romeis Leiter der Abteilung Molekulare Signalverarbeitung Vorsitzende des Wissenschaftlichen Beirats (ab Januar 2014) Freie Universität Berlin Prof. Dierk Scheel Leiter der Abteilung Stress- und Entwicklungsbiologie Prof. Norbert Sewald Stellvertretender Vorsitzender (ab Januar 2014) Prof. Alain Tissier Universität Bielefeld Leiter der Abteilung Stoffwechsel- und Zellbiologie Prof. Axel Brakhage Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie e.V. Hans-Knöll-Institut (HKI), Jena Stiftungsrat Ministerialrat Thomas Reitmann Vorsitzender des Stiftungsrats Ministerium für Wissenschaft und Wirtschaft des Landes Sachsen-Anhalt Prof. François Buscot Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ), Halle Prof. Jonathan Gershenzon (bis Dezember 2013) Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie, Jena Dr. Henk van Liempt Stellvertretender Vorsitzender, Vertreter des Bundes Prof. Bernhard Hauer Bundesministerium für Bildung und Forschung Universität Stuttgart Gisela Liepelt Prof. Thisbe Lindhorst Ministerium für Wissenschaft und Wirtschaft des Landes Sachsen-Anhalt Universität Kiel Prof. Birgit Dräger Prof. Rainer Metternich (bis Dezember 2013) Prorektorin für Struktur und Finanzen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Small Molecule Research (SMR), Basel, Scjweiz Vertreterin des Rektors Prof. Michael Metzlaff Prof. Sabine Flitsch Bayer AG, Leverkusen Vorsitzende des Wissenschaftlichen Beirats (bis Dezember 2013) Prof. Martin Parniske Prof. Andreas Schaller Universität München (LMU) Stellvertretender Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats (bis Dezember 2013) Prof. Dorothea Tholl Prof. Tina Romeis Virginia Tech, Blacksburg, USA Vorsitzende des Wissenschaftlichen Beirats Prof. Nicolaus von Wirén Prof. Norbert Sewald Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), Gatersleben Stellvertretender Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats 14 15 Department of Molecular Signal Processing Abteilung Molekulare Signalverarbeitung Head: Professor Steffen Abel Leiter: Professor Steffen Abel Secretary: Alexandra Herrmann Sekretariat: Alexandra Herrmann he unifying theme of our department is to understand how T characterization of UGT74 glucosyltransferases and on the iden- plants perceive and respond to environmental change, a tification of regulatory genes of the glucosinolate pathway. Since as übergreifende Forschungsthema unserer Abteilung sense long non-coding RNAs (NAT-lncRNAs) in den Mittelpunkt Umweltbedingungen reagieren und sich optimal anpas- dieser AG gerückt (Projektgruppe RNA Biology). ted control of gene expression, in particular of multigene fami- D besondere von Multigenfamilien, durch sogenannte natural anti- besteht darin, zu ergründen, wie Pflanzen auf veränderte topic of heightened importance for basic and translational the departure of Dr. Grubb in fall 2013, research on RNA-media- plant research. Plants evolved to masters of resilience as a con- sen. Diese Thematik ist von hohem Interesse für die Grundlagen- sequence of their sessile lifestyle and implement unique adap- lies, by natural antisense long non-coding RNAs (project group forschung sowie die angewandten Pflanzenwissenschaften. Als Schwerpunkt der AG Signalintegration bildeten die Mechanis- tive strategies for survival. They respond to local challenge or on RNA biology) has become a major thrust of this working group. Konsequenz ihrer Sessilität haben Pflanzen sich zu Spezialisten men der Perzeption kleiner Signalmoleküle über ternäre Ligand- der Anpassung und Widerstandsfähigkeit entwickelt. So rea- Korezeptor-Komplexe. Die Bildung solcher Komplexe wird über opportunity with directional growth for stress evasion or habitat exploration, and with the synthesis of bioactive chemicals for The Signal Integration group studied the mechanisms of how gieren diese auf lokale Veränderungen mit gerichtetem Wachs- unterschiedliche Signalwege gesteuert und führt zur kontrollier- communication and self-defense. An array of chemical media- small molecules are perceived via the assembly of ternary ligand tum, um günstigere Areale zu erreichen oder unvorteilhafte Be- ten, ubiquitinabhängigen Proteolyse spezifischer Zielproteine, tors and their processing networks govern post-embryonic plant co-receptor complexes. Such complexes integrate multiple sig- dingungen zu meiden. Darüber hinaus reagieren Pflanzen mit die oft als Regulatoren der Genexpression fungieren. Ausgangs- development and fine-tune plant growth and metabolism as in- naling inputs and subsequently control ubiquitin-mediated de- einer profunden Anpassung ihres Stoffwechsels, um chemisch punkt für diese Arbeiten sind Struktur-Funktions-Analysen des F- formed by local cues. We gradation of select target effizienter zu kommunizieren und sich wirksamer gegen Fraß- Box-Protein (TIR1/AFB)-Auxin-AUX/IAA-Korezeptorsystems, wel- are interested in exploring proteins, which often are feinde oder Krankheitserreger zu schützen. Pflanzliche Reaktio- ches die Auxin-abhängige Genexpression über den Abbau von how plants monitor and key regulators of primary nen auf die Umwelt werden oft über die Einbindung hormonaler AUX/IAA-Repressoren reguliert. perceive external parame- gene expression. The stu- Module der Signaltransduktion gesteuert und auf zellulärer und ters, transmit and inte- dy of structure-function re- organismischer Ebene realisiert. Das Hauptinteresse der Abtei- Die AG Auxin-Signaltransduktion verfolgte zwei Forschungs- grate information about lationships of F-Box pro- lung besteht in der prinzipiellen Fragestellung, wie Pflanzen richtungen. Genetische Arbeiten über Auxin-regulierte Sig- their surroundings, and tein (TIR1/AFB):auxin:AUX/ abiotische und biotische Parameter wahrnehmen, den Informa- nalnetzwerke der vergangenen Jahre wurden um Studien erwei- deploy appropriate meta- IAA co-receptor complexes tionsgehalt dieser interpretieren und über biochemische Signal- tert, welche die molekularen Anpassungsmechanismen von Mo- bolic and developmental has been used as a para- wege prozessieren, um adäquat auf Umweltveränderungen mit dell- und Nutzpflanzen an moderat erhöhte Umgebungstempe- responses to shifting abi- digm and starting point spezifischer Anpassung ihres Stoffwechsels sowie Wachstums- raturen untersuchen (Projektgruppe Temperatur Sensing). Wei- otic conditions and co- for this line of investiga- verhaltens reagieren zu können. Dieses Ziel wurde während der tere Arbeiten in einem zweiten Schwerpunkt haben umfassende evolving biotic stressors tion. vergangenen zwei Jahre in vier Arbeitsgruppen und assoziierten Datensätze aus phylogenetischen Studien und globalen Genex- Projektgruppen interaktiv verfolgt. Besondere Schwerpunkte pressionanalysen kombiniert, um in einem Phylotranscriptomics- for optimal growth. During the past two years, we pur- Research interests of the bildeten Untersuchungen zu Mechanismen der Perzeption von Ansatz komplexe molekulare Entwicklungsprozesse, wie z. B. die sued this common goal in Auxin Signaling group abiotischen Faktoren, wie z.B. Nährstoffverfügbarkeit oder Erhö- Embryogenese, aus einer Evolutionsperspektive zu beschreiben four research groups and pursued two lines of inves- hung der Umgebungstemperatur, zur Organisation und Regula- (Projektgruppe Phylotranscriptomics). associated project groups. tigation. Recent work on tion des Abwehrstoffwechsels, sowie zur Signalintegration in der Major directions of re- auxin-regulated signaling pflanzlichen Hormonwirkung. Chemische Wechselwirkungen Höhepunkte der Abteilung MSV (2013-2014): Marcel Quint search comprised three pathways has given way to zwischen Wurzelsystem und Rhizosphäre bildeten einen weite- (Auxin-Signaltransduktion) wurde Ende 2014 zum Universitäts- integrated program areas: the exploration of how ren Fokus. Professor (W3) an die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (i) perception of environ- plants sense and adapt to small ambient temperature changes (project group on tempera- Die AG Nährstoffperzeption untersuchte, wie die biologische einem Projekt in die letzte vierjährige Förderungsphase des SFB differentials; (ii) reprogramming of metabolism in response to ture sensing). As a second research focus, the establishment of Verfügbarkeit von Nährstoffen, insbesondere von Phosphat und 648 aufgenommen. Selma Gago Zachert (Abwehrstoffwechsel) biotic challenge; and (iii) signal integration during the perception phylotranscriptomic approaches in Arabidopsis has successfully Eisen, die Wurzelentwicklung lokal über die Zellteilung und -dif- wurde als neue Projektleiterin in den GRK 1594 aufgenommen. of small molecules, with an emphasis on plant-rhizosphere inter- been employed to understand complex molecular processes in ferenzierung in den Meristemen sowie über die Ausscheidung Luz Irina Calderón Villalobos wurde für das Young Leaders in actions. an evolutionary context, such as plant embryogenesis and other von niedermolekularen Exsudaten in die Rhizosphäre beinflusst Science Mentoring-Program der Schering Foundation ausge- major transitions during plant development (project group on (Projektgruppen Phosphat Sensing und Metabolit Profiling). Die wählt. Carolin Delker und Selma Gago Zachert hatten sich erfolg- phylotranscriptomics). Projektgruppe Calcium Sensing bearbeitete eine neue Klasse reich für das Leibniz-Mentoring-Program für junge Wissenschaft- calmodulin-regulierter Proteine, die an Mikrotubuli binden und lerinnen beworben. The Nutrient Sensing group investigated how bioavailabilities of immobile nutrients, in particular phosphate and iron, inform root 16 berufen. Katharina Bürstenbinder (Calcium Sensing) wurde mit mental parameters such as nutrient availability or temperature development via altered root meristem activity and modify chem- Departmental Highlights (2013-2014): In fall 2014, Marcel Quint als sogenannte Plattform-Proteine zelluläre Transportprozesse ical interactions in the rhizosphere via root exudates (project (Auxin Signaling) was offered the position University Professor steuern und verschiedene Signalwege integrieren. groups on phosphate sensing and metabolite profiling). The as- (W3) at the Martin Luther University Halle-Wittenberg. Katharina sociated project group on calcium sensing studied a novel class Bürstenbinder (Calcium Sensing) joined the SFB 648 during its fi- Die AG Abwehrstoffwechsel widmete sich der Biosynthese von of calmodulin-regulated and microtubule-associated proteins that nal funding cycle. Selma Gago Zachert (Defense Metabolism) joined Abwehrmetaboliten (Glukosinolate) und deren Regulation in Ara- function as scaffolds in cellular signaling and trafficking. the GRK 1594 as a full member. Luz Irina Calderón Villalobos (Sig- bidopsis. Hierbei haben sich die Arbeiten auf die Charakteri- nal Integration) was elected into the Young Leaders in Science sierung von UGT74 Glukosyltransferasen und die Identifizierung Activities of the research group Defense Metabolism centered Management Program (Schering Foundation). Carolin Delker and von regulatorischen Genen des Glukosinolatbiosyntheseweges on the biosynthesis and regulation of defense compounds (glu- Selma Gago Zachert were admitted into the Leibniz-Mentoring konzentriert. Seit dem Weggang von Dr. Grubb im Herbst 2013, cosinolates) in Arabidopsis. Research activities focused on the Program. sind Forschungsarbeiten zur Regulation der Genexpression, ins- 17 Collaborators Henrik Buschmann University of Osnabrück, Germany Thierry Desnos, Laurent Nussaume CEA Cadarache, France Geert De Jaeger VIB-University of Ghent, Belgium Christiane Gatz, Volker Lipka Nutrient Sensing movement of the SHORT-ROOT (SHR) Fe availability. The analysis of endoge- University of Göttingen, Germany transcription factor. Thus, antagonistic in- nous and exuded organic acids also sug- Gerd Hause teractions of Pi and Fe availability adjust gests their contribution to cell specific Fe University of Halle, Germany Head: Steffen Abel primary root growth rate via meristem- deposition after Pi deprivation. Katie L. Moore specific callose deposition, which is likely Our group pursues two directions of re- triggered by LPR1-dependent ROS forma- Calcium Sensing tion and redox signaling (Fig. 2). Calcium is a general second messenger bules. Our extensive reverse genetic ana- search. First, we wish to understand how in plants. Generation of stimulus-depen- lysis of the entire IQD gene family sug- interactions of two immobile mineral nu- dent Ca2+ signatures, decoding of the en- gests roles for the control of plant deve- 2+ trients, phosphate and iron, inform root crypted information by Ca sensors such lopment and stress responses. We further development via adjusting root meristem as calmodulin (CaM), and specific cellular showed that CaM binding and, with a few activity and chemically modify the rhizo- responses are integral signal transduction exceptions, microtubule association as sphere via altered root exudation. A se- modules. We previously identified a novel well as nuclear targeting are general pro- cond focus investigates the functions of a class of 33 CaM-binding proteins in Arabi- perties of IQD proteins. Likewise, mem- novel class of proteins that link intracellu- dopsis, which are characterized by a bers of distinct phylogenetic clades of the lar calcium sensing to microtubule-asso- plant-specific domain of multiple CaM re- Arabidopsis IQD family interact with ciated processes. cruitment motifs, called IQ67 domain KLCR1 and other KLCRs. The prospect ari- (IQD). A detailed analysis of the founding ses that IQD proteins provide an assort- Phosphate Sensing member, IQD1, which we identified in a ment of microtubule-associated scaffolds Inorganic phosphate (Pi) constitutes a screen for altered glucosinolate accumu- that integrate signaling pathways (Ca2+- major nexus in metabolism, and its avail- lation, confirmed IQ67-dependent CaM dependent CaM binding, multiple phos- interaction and revealed subcellular loca- phorylation events) to regulate transport lization to the cell nucleus (including nu- of specific cargo along microtubule tracks cleolus) and cytoskeleton (microtubules). via kinesin motor proteins. Because IQD1 Fig. 2: Model of local Pi sensing in the Arabidopsis root meristem. The ability directly impacts bioenergetics and plant performance. Pi immobility and re- PDR2-LPR1 module regulates Pi- and Fe-dependent ROS formation and sultant Pi limitation are caused by complex soil chemistries involving Fe and other transition metals. To cope with low Pi availability, plants activate a set of adaptive responses that reprioritize internal Pi allocation and maximize external Pi acquisition. Such countermeasures include re- Fig. 1: Redesign of Arabidopsis root system architecture in response to Pi limitation. callose deposition in the stem cell niche, which impacts symplastic A yeast two-hybrid screen identified kine- interacts with nucleic acids, IQD proteins sin light chain-related 1 (KLCR1) as an in- may further facilitate subcellular RNA lo- communication (e.g., SHR movement). teractor, which we confirmed in planta by calization as one mechanism to control IQD1-dependent recruitment to microtu- gene expression (Fig. 3). Metabolite Profiling programming of metabolism to maintain Pi homeostasis and redesigning of root sory mechanisms monitoring external Pi players in local Pi sensing and functionally Within the collaborative network Chemi- system architecture to accelerate soil ex- and interpreting the environmental signal interact to adjust root meristem mainte- cal Communication in the Rhizosphere, ploration. When challenged by low Pi, in Pi rescue efforts remain to be explored. nance to Pi availability. While PDR2 en- we developed several targeted and untar- codes the single orphan P5-type ATPase, geted profiling methods for polar and plants attenuate primary root extension, promote lateral root development, and We have taken genetic approaches in Ara- we demonstrated that LPR1 encodes a apolar metabolites using GC-MS and LC- stimulate root hair formation, which are bidopsis to dissect Pi sensing and identi- cell wall-targeted ferroxidase. The PDR2- MS to monitor changes in the chemical thought to maximize Pi interception in fied a set of Pi-DEFICIENCY RESPONSE LPR1 module mediates cell-specific Fe de- composition of root exudates and roots. topsoil (Fig. 1). We and others showed that genes (PDR1-PDR4), which we character- position in cell walls of the apical root me- We observed profound genotype depen- external Pi status is sensed at root tips to ized together with two LOW-Pi-ROOT genes ristem. Fe accumulation coincides with dent chemical alterations in exudate and locally adjust root growth. While the phy- (LPR1, LPR2) previously isolated by our sites of callose deposition, which interferes root composition upon Pi deprivation. siological and biochemical responses to collaborators (T. Desnos / L. Nussaume). with symplastic communication in the These changes primarily affect couma- Pi limitation are well understood, the sen- We showed that PDR2 and LPR1 are key stem cell niche, as indicated by impaired rines, which might be involved in cell specific Fe accumulation as these com- Fig. 3: Model of IQD1 function as a scaffold protein in cellular signaling and trafficking. pounds play important roles in controlling Group Members Laura Bertermann Stefanie Kümmel Paul Pflug Janine Teller Research Assistant Bachelor Student PhD Student Master Student Katharina Bürstenbinder Pratibha Kumari Romina Plötner Domenika Thieme Postdoctoral Scientist PhD Student Bachelor & Master Student Technician Ranju Chutia Dipannita Mitra Jakob Quegwer Theresa Toev PhD Student & Scholarship Holder PhD Student & Scholarship Holder Master & PhD Student PhD Student Kristin Eismann Jens Müller Anne Rehkamp Annika Wieghaus Technician Postdoctoral Scientist Bachelor Student Master Student Marcus Heisters Birgit Ortel Ahmed Romel Jörg Ziegler PhD Student Technician PhD Student Postdoctoral Scientist Anshu Khatri Sophie Perthel Gina Stamm Master Student Master Student Technician 18 University of Oxford ie physikochemischen Eigenschaften von Phosphat (Pi) schränken dessen biologische Verfügbarkeit für Pflanzen im Boden erheblich ein. Pflanzen reagieren auf Pi-Mangel mit einer Umprogrammierung des Stoffwechsels und Anpas- D sung der Wurzelsystemarchitektur, um Pi-Ressourcen effizienter zu nutzen und zu erschliessen. Wir identifizierten erste molekulare Komponenten eines Pi-abhängigen Signalweges in Arabidopsis, der die Aktivität von Wurzelmeristemen an die lokale Pi-Verfügbarkeit anpasst. Ein wichtiges Modul in diesem Prozess bilden eine ER-lokalisierte P5-ATPase und sekretierte Ferroxidase. Diese regulieren die interzelluläre Kommunikation durch Plasmodesmata in der Stammzellnische der Wurzel über eine Pi- und Fe-abhängige, zellspezifische Bildung von Callose und somit das Wurzelwachstum. Weitere genetische und biochemische Arbeiten widmeten sich der funktionellen Charakterisierung von calmodulin-bindenden PlattformProteinen, die mit dem Zytoskelett (Mikrotubuli) assoziiert sind. 19 Defense Metabolism tent and composition (gcc). A screen of T- Heads: Selma Gago Zachert & Steffen Abel identification of IQD1 (see page 19). Re- DNA activation-tagged lines led to the cently, we identified the GCC8 locus, which is a major modifier of glucosinolate accumulation because gcc8 loss-of-func- Two directions of research are at the cen- tion alleles reduces total glucosinolate ter of our group. First, we have a long- content to less than 15% of wild type levels. standing interest in glucosinolate metabolism and its control. Second, inspired RNA Biology by the identification of genes encoding We are interested in the role of natural an- natural antisense long non-coding RNAs, tisense, long (>200 nt) non-coding RNAs which overlap with genes involved in glu- (NAT-lncRNAs) in gene expression control. cosinolate biosynthesis and its regulation, The production of complementary RNAs we initiated research to explore the role of during the transcription of opposite genes regulatory RNAs in gene expression. produces dsRNA, which induces the silencing machinery and production of Fig. 2: NAT-lncRNAs and nat-siRNAs regulate gene expression in transient expression assays (tobacco leaves). (a) Expression of N-terminal GFP-tagged UGT73C6. The construct of the primary target was co-expressed with an unrelated sequence (λ DNA sequence, left) or with the NATlncRNA (NAT1-UGT73C6, right). (b) Expression of N-terminal YFP-tagged UGT73C5. The construct of the secondary target was co-expressed with an unrelated sequence (λ DNA sequence, left) or with the NAT-lncRNA (NAT1-UGT73C6, right). (c) Expression of N-terminal GFP-tagged UGT74E2. The construct expressing the secondary target was co-expressed with the primary Glucosinolate Metabolism small RNAs. Such nat-siRNAs derived Glucosinolates are a small class of amino from overlapping regions of protein-cod- acid-derived secondary metabolites (>100 ing transcripts are involved in salt-stress compounds) with a central role in the de- response, defense against bacteria, hor- fense of cruciferous plants against pests mone regulation and plant reproduction. and pathogens, including the model plant We identified several NAT-lncRNA encod- which we also observed for highly similar mic extracts of evacuolated tobacco BY2 Arabidopsis thaliana. We continued sev- ing genes that overlap with members of secondary target genes (Fig. 2). To obtain protoplasts. We expect to identify Dicer eral lines of investigation to expand our Arabidopsis multigene families, including information about the cellular processes and AGO proteins involved in dsRNA pro- work on glucosinolate biosynthesis and the Family 1 UGTs, the IQD family of cal- that are regulated by NAT-lncRNAs, we cessing and RISC-mediated cleavage of its regulation. We previously demon- modulin-binding proteins (see page 19), established stable Arabidopsis lines to target RNAs, respectively. Additionally, strated that glucosyltransferase UGT74B1 and the families of Auxin Response Fac- study the phenotypic effects of 35S::NAT- this system will allow us to identify siRNA is the major enzyme catalyzing the penul- tors (ARFs) and AUX/IAA proteins. Given lncRNA overexpression or NAT-lncRNA that mediate efficient target down-regula- timate step in glucosinolate biosynthesis. the sequence conservation among family down-regulation by artificial micro RNAs tion. Our findings will be validated in vivo Structure-function analysis of recombi- members, NAT-lncRNAs may regulate not (amiRNAs) that specifically target the se- using available silencing mutants of A. nant mutant UGT74B1 variants revealed a only the expression of overlapping genes lected NAT-lncRNA. To obtain information thaliana. general kinetic mechanism by which this (primary targets) but also the expression about spatio-temporal expression pat- enzyme escapes product inhibition, which of closely related genes (secondary tar- terns, we generated transgenic Arabidop- is observed both in vitro and in vivo. gets). Additionally, NAT-lncRNAs may con- sis lines harbouring NAT-lncRNA promot- Collaborators trol gene expression by direct interaction er::GUS reporter constructs and com- José M. Alonso Ricardo Flores Pedauyé Because ugt74b1 loss-of-function lines ac- with factors involved in chromatin modifi- pared patterns of NAT-lncRNA expression cumulate significant quantities of both in- cation and epigenetic silencing. with the expression of potential primary North Carolina State University, USA Polytechnic University of Valencia, Spain Sven Behrens, Milton Stubbs John M. McDowell dolylic and aliphatic glucosinolates (~50%), vitro activity screen of recombinant Arabi- signal. and secondary target genes. we conducted a nearly comprehensive in dopsis Family 1 UGTs, which implicated target construct (35S::UGT74D1) together with an unrelated sequence (λ DNA sequence, left) or with the NAT-lncRNA (NAT-UGT74D1, right). Down-regulation is visualized as a decreased GFP We initiated studies to address the role of Fig. 1: Morphological phenotypes of UGT74 knock-out alleles in the ugt74b1 null background. other members of the UGT74 clade as candidate glucosyltransferases in glucosi- synthesis, which therefore points a role of nolate synthesis. Systematic genetic and yet additional UGTs in the pathway. Inte- biochemical analysis of this clade re- restingly, loss of UGT74B1 and UGT74C1 We previously conducted several forward vealed that UGT74C1 plays a special role causes seedling lethality, presumably due genetic screens to isolate Arabidopsis in the aliphatic branch of glucosinolate to auxin overproduction and/or accumu- mutants with altered glucosinolate con- lation of toxic intermediates (Fig. 1). University of Halle, Germany Virginia Polytechnic Institute and State University, USA NAT-lncRNAs in planta and performed We are collaborating with the group of Christian Breuer M. Soledade C. Pedras transient expression assays in tobacco Prof. Sven-Eric Behrens (University of Hal- University of Saskatchewan, Canada leaves. As expected, co-expression of le) to investigate the mechanisms of NAT- University of Cologne, Germany NAT-lncRNA constructs and target genes lncRNA mediated regulation of gene ex- encoding GFP-tagged proteins induces pression. We are using the recently estab- down-regulation of the primary targets, lished experimental system of cytoplas- Paula Duque Gulbenkian Institute of Science, Portugal ie Forschungsgruppe Abwehrstoffwechsel befasste sich mit zwei Themenkomplexen. Wir haben erfogreich unsere Arbeiten zur Glukosinolatbiosynthese und dessen Regulation fortgesetzt. Hierbei fokussierten wir uns auf den vor- D Group Members Katja Baumann-Kaschig Michael André Fritz Kalidoss Ramamoorthy Mathias Schuppe Technician Master Student PhD Student Master Student Tebbe de Vries Susanne Höpfner Claudia Schramm Katja Seidel Bachelor Student PhD Student & Scholarship Holder Guest Scientist Master Student Kristin Eismann Shiv Kumar Meena Melvin Schubert Technician PhD Student & Scholarship Holder Bachelor & Master Student 20 letzten Schritt des Biosyntheseweges, der durch Glukosyltransferasen katalysiert wird. Das kinetische Verhalten des von uns identifizierten Enyzms UGT74B1 wurde über Struktur-Funktions-Analysen detailliert untersucht. Des weiteren haben wir eine zweite Glukosyltransferase in der Glukosinolatbiosynthese, UGT74C1, identifiziert und eingehend analysiert. Ein genetischer Ansatz führte zur molekularen Identifizierung des GCC8-Locus, der für die allgemeine Glukosinolatakkumulation bedeutend ist. Das zweite Hauptprojekt untersucht die Rolle von sogennanten natural antisense long non-coding RNAs für die Regulation der Genexpression ausgewählter Multigenfamilien. Erste Ergebnisse wurden für verschiedene Mitglieder der Family 1 UGT Glukosyltransferasen erzielt. 21 Collaborators Jochen Balbach, Ingo Heilmann, Milton Stubbs University of Halle, Germany Mark Estelle Signal Integration University of California, USA Jürgen Kleine-Vehn Head: Luz Irina A. Calderón Villalobos Our general research plan is designed to address small molecule–mediated ubiqui- characterize small molecule perception tylation. through protein stability mechanisms, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna, Austria Jennifer Nemhauser, Ningh Zheng University of Washington, USA and, in the long term, to uncover roles for Dr. Luz Irina A. Calderón Villalobos is a fel- The Signal Integration Group is interested small molecule interactions in specific low of the Young Leaders in Science, Umeå University, Sweden in the mechanism of small molecule per- plant responses and developmental Management Program from the Ernst Matias Zurbriggen events. To evaluate the mechanisms of Schering Foundation, Germany (2014/ University of Freiburg, Germany FBP-target systems, we are deepening 2015). ception in plants that depends on signalmediated interactions followed by ubiquitin-mediated protein degradation. An ultimate cellular switching on/off mechanism comprises the irreversible ubiquitin-mediated proteolysis of proteins, which guides numerous unidirectionally processes, such as hormone signaling, cell cycle or circadian rhythm. An E1-E2E3 enzymatic cascade, mediates the formation of ubiquitin chains covalently attached to targets for degradation. Ubiquitin chains of four or more moieties, linked through either Lys48 or Lys11 of ubiquitin, direct protein targets to the proteasome, in which degradation of ubiquitylated proteins takes place. Multiple monoubiquitins and other, non-Lys-linked ubiquitin chains have also been implicated in protein degradation, and the study of alternative degradation signals is a rapidly ad- A Fig. 1: A small molecule enhancing protein-protein interactions for subsequent ubiquitylation and degradation of targets. A. Auxin binding pocket zoom in depicts the empty groove during basal interactions of the FBP TIR1 and the degron of its target for degradation AUX/IAA. Stéphanie Robert our biochemical studies of the auxin receptor. Specifically, we are combining proteomics with biophysics, protein biochemistry together with structure-function analyses to elucidate the dynamics of receptor assembly and ubiquitination of targets. Thus, we have recently identified key features in the degradation targets B that modulate the sensing properties of the hormone co-receptors. By reconstituting SCF-dependent ubiquitination of targets, we are also integrating informa- References Skaar J. R., et al. (2013) Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. Jun; 14(6), 10.1038/nrm3582. Petroski M.D., Deshaies R.J. (2005) Nat. Rev. Mo. Cell. Biol. 6, 9–20. Komander D., Rape M. (2012) Annu. Rev. Biochem. 81, 203–229. Sheard L.B., et al. (2010) Nature 468, 400-405 doi:10.1038/nature09430. Hershko A., Ciechanover A. (1998) Annu. Rev. Biochem. 67, 425–479. Tan X., et al. (2007) Nature 446, 640645. Ikeda F., Dikic I. (2008) EMBO Rep. 9, 536–542. Calderón Villalobos L.I.A. et al. (2012) Nat. Chem. Biol. 8(5), 477-85. tion on protein-small molecule binding, complex formation dynamics and turnover of targets to rebuild the initial steps of the auxin signaling cascade. Furthermore, B. Auxin acts as molecular glue filling the gap between TIR1 and the degron of targets. as phosphoinositides have been shown to constitute FBPs structural cofactors, we are addressing their role on degron recognition and hormone sensing. vancing field. It is estimated that >80% of cellular proteins undergo ubiquitin-mediated proteolysis, and the specific selection of targets by E3 ubiquitin ligases in response to specific stimuli is a crucial factor in cell regulation. Modular E3s from C. Model for auxin co-receptor formation and target poly-ubiquitylation and degradation. With our research on small molecule coreceptors in plant biology, we envision moving from a reductionist approach to C establishing a platform for a systematic analysis of how intracellular signals are the Cullin-RING ligase (CRL) type, specifi- perceived and processed by the ubiquitin cally SCFs, carry an interchangeable Fare subject to specific and global regula- ceptor system. Since they belong to mul- tended our international and local coope- and directly interacts with the target for tion, their critical tuning occurs at the ti-protein families, distinct TIR1/AFB- ration network, and we are part of the Eu- degradation. Although SCF complexes level of target recruitment. AUX/IAA co-receptor pairs can form vari- ropean COST Proteostasis Initiative. Addi- ous auxin sensors differentially perceptive tionally, we collaborate successfully with Auxin is a morphogen in plants, and auxin to auxin. An inositol phosphate (InsP6) the proteomics platform, and chemical Group Members perception and signaling are absolutely molecule was interestingly also identified and physics groups at the IPB and MLU to Gideon Christ dependent on ubiquitin-mediated prote- near the TIR1-auxin-AUX/IAA interface ap- Bachelor Student olysis. TIR1/AFBs F-Box Proteins catalyze parently contributing as cofactor for pro- Dinesh Dhurvas Chandrasekaran the turnover of AUX/IAAs in response to per hormone perception. PhD Student & Scholarship Holder auxin. AUX/IAAs carry an auxin-interact- Samuel Grimm ing degron domain, and directly repress An FBP-target module for perception of transcription factors such that auxin-de- small molecules has a tremendous im- PhD Student pendent degradation of AUX/IAAs allows pact on our understanding of how to Esmeralda Martí Sanchis transcriptional activation of auxin respon- modulate protein-protein interactions. Research Assistant sive genes. Groundbreaking findings The fact that FBPs can respond to signals Annabel Josephine Wanka around the mechanism for TIR1-AUX/IAA to recruit targets, specifically through a Student Assistant interaction constitute the basis for the combination of degrons and non-peptide Verona Wilde Signal Integration Group. We revealed hormones or small molecules is fascinat- that TIR1/AFB1-5 and their targets for de- ing and its potential has yet to be fully gradation, AUX/IAAs, form an auxin co-re- realized. Bachelor Student Antje Hellmuth Technician Martin Winkler Master Student 22 proteasome system. Thereby, we have ex- Box protein (FBP) subunit that precisely Fig. 2: Modular Aux/IAAs transcriptional repressors are regulated via ubiquitylation and degradation through a canonical degron (yellow and sequence logo) and influenced by degron flanking regions. DIII-IV is essential for oligomerization and our structural-functional analyses unraveled a β-grasp fold (PDB 2M1M, cyan and magenta) ie AG Signalintegration untersucht einen bemerkenswerten Mechanismus der Perzeption kleiner Moleküle in Pflanzen, der erstmals mit der Strukturaufklärung des Auxinrezeptors entdeckt wurde und potenziell weit verbreitet ist. Dieser Mechanismus beruht auf signalvermittelten Interaktionen, denen gezielter Proteinabbau folgt. D In eukaryotischen Zellen wird das abzubauende Zielprotein selektiv mit einer Polyubiquitinkette für den proteasomalen Abbau markiert. Den E3-Ligasen vom SCF-Typ verleiht das F-Box-Protein (FBP) durch direkte Interaktion mit dem Zielprotein Spezifität. Die Mehrzahl der etwa 700 FBPs in Arabidopsis ist noch nicht funktionell charakterisiert. Zudem kodieren etwa 5% des ArabidopsisGenoms Komponenten des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS), wobei Mutationen in Elementen des UPS die pflanzliche Entwicklung beeinträchtigen. Unsere Forschung konzentriert sich darauf, sowohl die Kontrollmechanismen der Proteinstabilität, als auch FBP-Protein-Interaktionen und Interaktionen von FBP mit niedermolekularen Liganden und ihren Interaktionsnetzwerken zu untersuchen, um schließlich ihre Rolle in physiologischen Prozessen und in der pflanzlichen Entwicklung zu verstehen. 23 Auxin Signaling transcriptomics and phylogenetics, for Head: Marcel Quint whole genome transcriptional informa- Collaborators tion to address evolutionary questions. Leonie Bentsink, Wilco Lighterink Korbinian Schneeberger As a proof-of-concept, we applied this Wageningen University, Netherlands MPI for Plant Breeding Research, Cologne, Germany approach to a transcriptional series that Seth Davis Bernd Weisshaar University of York, Great Britain University of Bielefeld, Germany William M. Gray Frank Wellmer University of Minnesota, USA University of Dublin,Trinity College, Irland Ivo Grosse, Klaus Pillen Gane Ka-Shu Wong University of Halle, Germany University of Alberta, Canada plant genomes. We are now able to use Our group has two general areas of controlling expression of the basic-helix- netics enabled us to clone and transge- covers A. thaliana embryogenesis from interest: Plant growth and development loop-helix transcription factor PHYTO- nically complement a quantitative trait the zygote to the mature embryo a few and molecular evolution. The current CHROME INTERACTING FACTOR 4 (PIF4). locus for thermomorphogenesis in A. years ago. We found that, from an evolu- projects address either one of these as- The downstream mechanisms through thaliana seedlings. We found that a sin- tionary perspective, the transcriptomes pects separately or try to combine deve- which PIF4 regulates ambient tempera- gle nucleotide polymorphism in the cir- of early and late embryonic stages are Stefan Rensing Martijn van Zanten University of Freiburg, Germany Utrecht University, Netherlands lopment and evolution using Evo-Devo ture signaling are beginning to emerge. cadian clock regulator EARLY FLOWER- dominated by ancient genes, whereas approaches. Although other hormones play impor- ING 3 causes phenotypic variation be- transcriptomes in mid-embryogenesis tant roles, PIF4-mediated activation of tween two natural accessions, resulting were rather young. Surprisingly, this In terms of plant growth and develop- auxin responses is central to increased in differential expression of PIF4 and its phylotranscriptomic profile resembles plant kingdom. We are currently trying to evolutionary relic. Furthermore, investiga- ment, our research interest has shifted in elongation growth. In contrast, upstream target genes, likely causing the ob- an hourglass pattern, reminiscent of the understand whether phylotranscriptomic tion of phylotranscriptomic patterns in recent years from auxin signaling to am- elements of the pathway are poorly un- served natural variation in thermore- developmental hourglass (Fig. 3). This hourglass patterns are functional and ac- plant post-embryonic development indi- bient temperature signaling (Fig. 1). With- derstood, in particular, temperature sens- sponsive growth. classic concept from the animal world tively maintained in extant species or cates significant differences between in the context of globally increasing ing and the mechanism(s) by which tem- had previously not been observed in the whether they represent a nonfunctional plant and animal hourglass patterns. ambient temperatures, it is imperative to perature influences PIF4 activity. Thus, Together, our findings demonstrate that improve our understanding of the basic the identification of signaling compo- two of the most prevalent environmental processes plants employ to react and nents upstream of PIF4 is in the focus of cues, light and temperature, share a adapt to environmental perturbations. our research interests. much larger set of signaling components Consistent with the term photomorpho- than previously assumed. Similar to the genesis, thermomorphogenesis describes We investigate this process by forward toolbox concept in animal embryonic pat- the effect of ambient temperature on genetic approaches, namely quantita- terning, multipurpose signaling modules plant morphogenesis. Hypocotyl elonga- tive trait locus analysis and mutagenesis. might have evolved in plants to translate tion and increased leaf epinasty are Based on a mutant screen in Arabidopsis various environmental stimuli into adapta- among the earliest thermomorphogenic thaliana, we were able to show that the tional growth processes (Fig. 2). changes in response to elevated temper- DE-ETIOLATED 1 - CONSTITUTIVE PHOTO- atures. Physiologically, these coordinated MORPHOGENIC 1 - ELONGATED HYPOCO- In terms of Evo-Devo, for many years we responses likely enhance evaporative leaf TYL 5 - dependent photomorphogenesis have been interested to understand the cooling and thus enable plants to adapt to pathway transcriptionally regulates PIF4 evolutionary history of F-box proteins. warmth. On the cellular level, elevated to coordinate seedling growth in re- Furthermore, in close collaboration with temperature stimuli are transduced into sponse to elevated temperature. Further- the group of Ivo Grosse (Bioinformatics, altered gene expression by affecting more, exploiting natural genetic varia- MLU Halle) we established phylotrans- chromatin status and, specifically, by tion and the underlying quantitative ge- criptomics, a method that combines Group Members Fig. 2: Simplified model of the ambient temperature signaling pathway based on our own work and the work of others. Julia Bellstädt Philipp Nerke Master Student Bachelor Student Carolin Delker Christian Noah Postdoctoral Scientist Guest Scientist Kathrin Denk Philipp Tom Peterson Technician Bachelor Student Daniel Elias Anja Raschke Guest Scientist PhD Student Investigating am- Alexander Gabel Nadine Schumann bient temperature Master Student PhD Student signaling path- Carla Ibáñez Robles Louisa Sonntag PhD Student Bachelor Student ways in the model Philipp Janitza Jana Trenner Master Student PhD Student dopsis thaliana is Tanja Klause Franziska Wenz in the focus of ex- Bachelor Student Bachelor Student perimental work in Wenke Ludwig Henriette Ziermann Master Student Master Student 24 Fig. 3 : The developmental hourglass model explains morphological transitions throughout animal embryogenesis by a web of complex modular interactions between developing organ primordia. We are trying to adopt a similar model to explain embryonic and post-embryonic phylotranscriptomic patterns we recently observed. Fig. 1: organism Arabi- the Quint lab. ir interessieren uns zum einen generell für pflanzliche Entwicklungsbiologie und Signalwege, die pflanzliches Wachstum regulieren, und zum anderen für die molekulare Evolution solcher Entwicklungsprozesse. Im Fokus ste- W hen dabei insbesondere genetische Ansätze zur Aufklärung des Signalweges mit dem Pflanzen Temperaturstimuli in Wachstumsprozesse umsetzen. Nach einigen Jahren zur Etablierung dieser Forschungsrichtung haben wir 2014 dem bereits bekannten Signalweg ein großes Modul hinzufügen können, was auf die koordinierte Nutzung identischer Signalmodule von Licht und Temperatur schliessen lässt. Neben solchen funktionell biologischen Projekten interessieren wir uns außerdem für das evolutionäre Entstehen solcher Entwicklungsprozesse. Durch die Kombination von Transkriptomanalysen und Phylogenetik sind wir in der Lage, Genexpressionsanalysen für evolutionäre Fragestellungen zu verwenden. Mit diesem Ansatz versuchen wir, die Evolution des Sanduhrmodells der Embryogenese in Tieren und Pflanzen besser zu verstehen. 25 Publications and other Activities of the Department of Molecular Signal Processing Publications 2013 Abel, S., Bürstenbinder, K. & Müller, J. The emerging function of IQD proteins as scaffolds in cellular signaling and trafficking. Plant Signal. Behav. 8, e24369. Bürstenbinder, K., Savchenko, T., Müller, J., Adamson, A.W., Stamm, G., Kwong, R., Zipp, B. J., Dhurvas Chandrasekaran, D. & Abel, S. Arabidopsis calmodulin-binding protein IQ67-domain 1 localizes to microtubules and interacts with kinesin light chain-related protein-1. J. Biol. Chem. 288, 1871-1882. Dekkers, B. J.W., Pearce, S., van Bolderen-Veldkamp, R.P., Marshall, A., Widera, P., Gilbert, J., Drost, H.-G., Basseli, G.W., Müller, K., King, J.R., Wood, A.T.A., Grosse, I., Quint, M., Krasnogor, N., Leubner-Metzger, G. & Holdsworth, M. J., Bentsink, L. 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In: Phytohormones: a window to metabolism, signaling and biotechnological applications (Tran, L.-S.P. & Pal, S. eds.) Springer-Verlag New York, S. 221-264. ISBN 978-1-4939-0490-7. Bachelor Theses 2014 Christ, Gideon: Identifying the role of inositol hexakisphosphate (IP6) on the regulation of auxin perception. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Biologie, 09/07/2014. de Vries, Tebbe: Role of long non-coding RNAs in gene expression regulation of the UGT73C subfamily from Arabidopsis thaliana Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Biologie, 14/10/2014. 27 Department of Bioorganic Chemistry Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie Head: Professor Ludger Wessjohann Leiter: Professor Ludger Wessjohann Secretary: Ines Stein Sekretariat: Ines Stein ur research focuses on the identification, understand- strong collaboration within the IPB or with external academic ing and production of small molecules and the study partners. This allowed us to venture into one of the most diffi- of their effects within biological systems. This includes cult fields of synthetic conversions: the selective oxidation, es- O the application of chemical compounds to probe and modify er Fokus unserer Arbeiten liegt auf der Entdeckung, Ent- schung biologischer Fragestellungen. Die dafür von uns entwick- wicklung und Herstellung niedermolekularer Wirkstoffe, elten Verfahren sind genereller Natur und vielfältig nutzbar, z.B. begleitet von einem Verständnis ihrer Bedeutung und ihrer neue Reagenzien, Mehrkomponentenprozesse, Sonden oder Bio- D Wirkung auf biologische Systeme. Dabei folgen wir drei Linien: pecially regioselective aromatic hydroxylation. biological systems. Three main lines of research are followed katalysatoren. In der vergangenen Periode wurden vor allem enzymatische Hydroxylierungen, Verfahren zur Herstellung von N- to achieve this: The focus of our search and (1.) Lernen von der Natur: Wir versuchen sowohl die strukturellen Methyl-Peptiden, Berechnungsverfahren für Reaktionen mittel- synthesis Aspekte als auch die Prinzipien der Entstehung und Bedeutung großer Moleküle und NMR-basiertes Metabolitenprofiling wei- natürlicher Wirkstoffe zu ermitteln und zu verstehen. terentwickelt. Diese Entwicklungen tragen zu den IPB-internen for biologically (1.) We try to learn from na- active compounds is on phy- ture's chemistry through both toeffectors, food-flavor-fra- elucidation of natural struc- grance and antibiotic com- (2.) Effiziente Herstellung: Die chemische und zunehmend die formatik bei. Die Screening-Plattform ist für die Verknüpfung che- tures as well as understanding pounds, in the latter case biotechnologische Synthese von Naturstoffen und Derivaten er- mischer und biologischer Eigenschaften besonders wichtig und basic principles of nature's ap- especially on antifungals. Se- möglicht Struktur-Wirkungsbeziehungen zu ermitteln und eine soll bis Anfang 2016 eingerichtet sein (vollständig nach Fertigstel- plication of chemistry in a bio- lected compounds reached Nutzung der Substanzen in Biologie, Medizin, Ernährung und lung des geplanten Ersatzbaus R2). Im Bereich der Naturstoffe logical context. field trial status. New is an Agrochemie. liegt der Schwerpunkt auf Substanzen mit Potential als Ge- Plattformen Metabolomics, Proteomics, und Bio- und Chemoin- schmacksmodifikatoren oder als Antibiotika, letzteres insbeson- improved possibility to look (2.) We use synthetic chem- into CNS-active compounds (3.) Interaktionen verstehen: Das Studium von (molekularen) istry and biology to provide ac- which is driven by coopera- Wechselwirkungsprozessen wird ermöglicht durch die Entwick- ZNS-aktive Substanzen erforscht (Lernen, Alzheimer, Depression). cess to natural products and tion with the neurological ex- lung und Anwendung selektiver Sonden und Binder, analyti- Fortgeschrittene Projekte nutzen zudem häufig die spezifische derivatives for applications in pertises concentrated in Mag- scher, biochemischer und molekularbiologischer Verfahren sowie Expertise von Partnern aus anderen Instituten oder der Wirtschaft. biology, medicine, nutrition deburg (University of Magde- theoretischer Methoden. and agrochemistry. burg, Leibniz Institute for Neu- dere mit Wirkung gegen Schadpilze. Als neues Gebiet wurden Die Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie konnte über 80 wissen- robiology and the German Die Analyse, Isolierung, Strukturaufklärung und Modifizierung von schaftliche Artikel publizieren, darunter etliche in den besten (3.) We try to increase our un- Center for Neurogenerative Di- Naturstoffen des Sekundärstoffwechsels von Pflanzen und Pilzen Journalen der Chemie. Neben der Organisation kleinerer Tagun- derstanding of molecular in- seases). Our expertise in multi- ist die Grundlage, um die Bedeutung dieser Substanzen in der gen wirkt die Abteilung mit bei den Leibniz-Forschungsverbün- teraction processes and deve- component was Natur zu erkennen und eine mögliche Anwendung zu erschlie- den Wirkstoffe und Biotechnologie (Initiator/Sprecher) und Biodi- lop new tools, probes and re- directed toward the synthesis ßen. Die Verwertung der gewonnenen Erkenntnisse richtet sich versität, beim Agrochemischen Institut Piesteritz, am Deutschen of complex bioactive cyclo- nach den ermittelten Eigenschaften der Substanzen und kann Biodiversitätszentrum iDiv, in der EU COST Action PlantEngine peptides and N-methyl peptides. One highlight was the synthe- sich auf unterschiedliche Gebiete erstrecken, in denen Wirkstoffe (Management-Kommitee) sowie im EU-Großprojekt BioNexGen - sis of the nematicide Omphalotin, a cyclic dodecapeptide. zum Einsatz kommen, wie Agrochemikalien, Leitstrukturen für Developing the next generation of biocatalysts for industrial che- pharmazeutische Produkte, Zusatzstoffe der Nahrungsmittelin- mical synthesis mit. Der Bereich Biokatalyse wurde zudem erheb- dustrie, oder auch für neue chemische Werkzeuge zur Erfor- lich durch Kooperationen mit der Wirtschaft beflügelt. cognition compounds to study these. reactions The analysis, isolation, characterization, and modification of secondary metabolites and enzymes from plants and fungi is The scientific work of the past biannual period lead to over 80 the basis of our efforts to understand the properties of these articles published. The department (co-)organized meetings compounds or to disclose their function in nature, and finally and is actively involved in the Leibniz Research Clusters Bioac- to explore their use in chemistry and biology. The development tive Compounds and Biotechnology (Speaker) and Biodiversity, of analytical tools, e.g. for metabolic profiling, and their com- in the Agrochemical Institute Piesteritz, in the German Biodi- putational analysis often is at the start of any project. Applica- versity Centre iDiv, and in the EU COST Action PlantEngine tions are driven by the discovered properties and include such (management committee). Of special importance is our partic- diverse areas as agrochemicals, lead structures for medicinal ipation in the metabolomics, proteomics and IT competence chemistry or novel food ingredients, biological research tools, platforms of the institute. In addition, the department provides or the utilization of enzymes as biocatalysts. In recent years we a considerable database and library of small molecules and ba- expanded especially the biotransformation program to allow sic screening facilities, which will be developed into a screen- for more complex, cascaded enzymatic syntheses. The pro- ing platform until early 2016. gress in this area was boosted by large programs financed from the EU flagship project BioNexGen – Developing the next generation of biocatalysts for industrial chemical synthesis and NWC: Digging for Gold, 2015 additional projects with industrial partners, and profited from 28 29 Collaborators Kaleab Asres, Ermias Dagne Addis Ababa University, Ethiopia Nasser Abdullah Awadh Ali University of Sana’a, Yemen Andreas Bresinsky Natural Products tricyclic indole alkaloids could be charac- which might be used to balance vitamin terized by detailed FTICR-MS investiga- D deficiency. We have established a LC- Heads: Norbert Arnold & Jürgen Schmidt tions. The detected bisalkaloids are MS/MS method, allowing the detection structurally related to the famous Vinca of several vitamin D metabolites in the alkaloids widely used in cancer therapy. selected re action monitoring (SRM) University of Regensburg, Germany Patrick Mutiso Chalo University of Nairobi, Kenya Helge Bruelheide, Birgit Dräger, Marcus Glomb, Reinhard Neubert, Klaus Pillen, René Csuk mode. In that case the samples are deri- University of Halle, Germany Plants, algae and fungi possess a remark- Connected to metabolomic studies of vatized with PTAD to enhance both the Bertram Gerber able ability to produce a diverse set of the genus Hypericum (see research ionization efficiency of the steroids and Leibniz Institute for Neurobiology, Magdeburg, Germany specialized metabolites, i.e. natural prod- group Spectroscopy), we focused on the the selectivity of the mass spectral frag- ucts that vary in chemical complexity and phytochemical investigation of several mentation. In the calcinogenic species biological activity (see also research Cameroonian Hypericum species. From Trisetum flavescens (L.) P. Beauv. we group Screening). These have served and Hypericum riparium A. Chev., which is could detect the animal sterols choles- serve today as templates for the develop- used in the Cameroonian folk medicine terol and 7-dehydrocholestrol as well as ment of many important drugs for medi- against epilepsy, mental disorders and the fungal sterol ergosterol as vitamin D cinal therapies. Increasingly, efforts are microbial disease, a series of new bis- precursors. now also focused on other potential appli- coumarin derivatives were isolated and cations of natural products such as agro- their structures elucidated. These are the iDiv cooperation project chemicals, acting as plant protectants or first ones to be isolated from this genus. Effects of leaf litter diversity on the de- phytoeffectors. Besides bioactivity-guided In addition, eleven new tricyclic preny- composition of plant polyphenols Hygrophorus abieticola Anhalt University of Applied Sciences, Köthen, Germany Ulrike Lindequist University of Greifswald, Germany Jean-Claude Ndom University of Douala, Cameroon Jens Pahnke University of Magdeburg, Germany isolation of natural products, metabolo- During our ongoing research on second- rus penarius Fr. This was the first report of lated acylphloroglucinol derivatives were Leaf litter decomposition is a crucial mics-based approaches are increa-singly ary metabolites from fruiting bodies of (nor-) sesquiterpenes isolated from basi- obtained from Hypericum lanceolatum function in terrestrial ecosystems, as it is used. The data, results and isolated com- the basidiomycetous genus Hygrophorus, diocarps of the family Hygrophoraceae. Lam., a medicinal plant occurring in closely linked to local and global nutri- pounds generated by us are included in we isolated a new compound named Additionally, the only known member of mountain regions of West Cameroon. ent cycling. Under given environmental 12 Carola Griehl Götz Palfner Universidad de Concepción, Chile Dang Ngoc Quang National University of Education, Hanoi, Vietnam Peter Spiteller University of Bremen, Germany Marc Stadler databases and compound libraries and hygrophorone B from Hygrophorus abi- this rare type of sesquiterpenes, ventri- are therefore also available for future use eticola Krieglst. ex Gröger & Bresinsky. The cos-7(13)-ene, could be identified via Humans get their vitamin D from expo- chemistry was found to be the major Helmholtz Center for Infection Research, Braunschweig, Germany in other applications. natural compound exhibits a remarkable headspace GC-MS analysis. sure to sun light, from their diet or from driver of decomposition processes, with Wolfgang Steglich dietary supplements. Vitamin D is re- secondary metabolites such as polyphe- University of Munich, Germany nols playing a key role in this process. Tran Van Sung activity against the plant pathogenic fun- conditions species-specific leaf litter Fungal secondary metabolites gi causing grey mold on strawberries and Bioactive plant constitutents sponsible for calcium/phosphate home- About 85% of all pathogen-borne plant di- wine grapes (B. cinerea), the septoria leaf The investigation of traditional medicinal ostasis in vertebrates and is required for seases are caused by fungi leading to blotch pathogen on wheat (S. tritici) and or food plants from different regions of optimal health. The secosteroid vitamin In enormous losses in crop production. Fun- the causal agent of the late blight disease the world is focused on the isolation and D3 arises from 7-dehydrocholesterol un- (German Biodiversity Center, Prof. Bruel- gal infections presently destroy at least on potato and tomato (P. infestans). The characterization of anthelmintic, antifun- der UV-B-exposure in the human skin, heide), we could demonstrate that leaf 125 million ton of the top five food crops absolute stereochemistry of hygrophor- gal, cytotoxic and CNS active metabol- and is successively hydroxylated in the litter richness effects on phenolics and (rice, wheat, maize, potatoes and soy- one B12 was confirmed by total synthesis ites. liver and kidney to the active 1,25-OH-vi- tannin decomposition rates were posi- Companies: beans) each year. Our investigations con- in enantiomerically pure form (see also tamin D. Vitamin D2 is produced in fungi tive or negative and varied with leaf litter Hopsteiner Ltd, USA centrate on the detection of new antifun- RG Synthesis). From the ethyl acetate crude extract of from ergosterol. Especially during winter species identity. Polyphenol decompo- Symrise AG, Holzminden the African species Tabernaemontana time, severe vitamin D deficiency occurs sition rates were found to be up to a BASF SE, Ludwigshafen Five novel sesquiterpene carboxylic acids stapfiana Britten (Apocynaceae), which due to the lack of sun exposure and in- magnitude higher than whole leaf de- ria tritici Desm. and Cladosporium cucu- named penarines A-E, and one new nor- exhibits strong antifungal and cytotoxic sufficient dietary intake. So called calci- composition rates, and the tannin-to- merinum Ellis & Arthur as well as the oo- sesquiterpene carboxylic acid, penarine activities, the monomeric indole alka- nogenic plants induce calcium accumu- nitrogen ratio was the best predictor of a prerequisite of whole leaf litter decom- mycete Phytophthora infestans (Mont.) de F, of the very rare ventricosane type were loids coronaridine and pericyclivine were lation in grazing animals, which is be- whole leaf decomposition. position, as proportionally polyphenols Bary. isolated from fruiting bodies of Hygropho- isolated. Additionally, a series of bi- and lieved to be due to vitamin D intoxication. gal agents against the ascomycetous phytopathogens Botrytis cinerea Pers., Septo- Vietnamese Academy of Science and Technology, Vietnam cooperation with iDiv partners Mika Tarkka Helmholtz Center for Environmental Research, Halle, Germany are broken down much earlier in the Therefore we investigated the occurrence These findings suggest that species-spe- process of decomposition than other, of vitamin D derivatives in such plants, cific polyphenol decomposition may be more mass-relevant leaf components. Group Members Nael Abutaha Alexander Feiner Johanna Hummel Efrem Nigussu Ann-Katrin Sendatzki Guest Professor PhD Student, Hopsteiner Diploma Student DAAD Fellow Diploma Student Khaled Alkassem Katrin Franke Angelica Casanova Katny Alexander Otto Claudia Straube DAAD Fellow Senior Scientist Guest Professor PhD Student Diploma Student Zeyad Alresly Anne Greff Myint Myint Khine Götz Palfner Guest Researcher Diploma Student Guest Professor Guest Professor Serge Alain Fobofou Tanemossu Danstone Lilechi Baraza Chelsea Harmon Stephanie Krause-Hielscher Mathias Reisberg DAAD Fellow DAAD Research Internship PhD Student PhD Student Alexandra Dammann Ramona Heinke Henriette Lehmann Christian Ristok Diploma Student PhD Student Diploma Student Master Student Mona Fechtel Nicole Hünecke Susanna Liers Julia Schaller Diploma Student Technician Diploma Student Diploma Student 30 PhD Student, DAAD Fellow Boris Tolkachev Guest Researcher flanzen und Pilze erzeugen als hochdiverse Organismengruppen eine bemerkenswerte Vielzahl von Inhaltsstoffen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und biologischer Aktivität. Die Arbeitsgruppe sucht nach den Wirkprinzipien in Extrakten aus diesen Organismen und versucht die Struktur und Eigenschaften der Wirkkomponenten aufzuklären. So konnte beispielsweise aus dem Pilz Hygrophorus abieticola eine neue Verbindung isoliert werden, die bemerkenswerte Aktivitäten gegen Schadpilze an verschiedenen Feldfrüchten zeigt und damit als mögliche Leitstruktur für die Entwicklung neuer Pflanzenschutzmittel dienen kann. Aus afrikanischen Hypericum-Arten (dt. Johanniskräuter) wurden erstmalig Biskumarine mit antiviralem Potential und neuartige trizyklische prenylierte Acylphloroglucinole isoliert. Verschiedene Vertreter der Gattung Hypericum, insbesondere das bekannte H. perforatum (Echtes Johanniskraut) werden weltweit unter anderem gegen Depressionen eingesetzt. In weiteren Projekten wurde das Vorkommen von Vitamin D in Pflanzen und Pilzen mittels sensitiver LC-MS/MS sowie in Zusammenarbeit mit Partnern vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) der Zusammenhang zwischen Laubzusammensetzung und Polyphenolabbau untersucht. P 31 Collaborators Wilhelm Boland MPI for Chemical Ecology, Jena, Germany Vicente Gotor University of Oviedo, Spain Markus Pietzsch University of Halle; Germany Jürgen Pleiß, Bernhard Hauer Chemoenzymatics ants I317V and I317A were not affected by suitably engineered and adapted enzyme product inhibition and proved to be favor- cascades. The key step is the selective 3’- Heads: Ludger Wessjohann & Wolfgang Brandt able for the preparative synthesis of SAM hydroxylation of naringenin, involving an and its long-chain analogues. These vari- enzyme cluster based on a P450-oxidase, ants are patented. followed by a regioselective O-methylation (Fig. 3). The whole process could be Our aim is to understand and apply enzy- bioinformatic and protein structural mod- methionine by SAM synthases (SAMS). To matic processes in vitro and in vivo. En- eling (see RG computational chemistry), zymes are used for both biocatalytic which provides a rational basis for protein chemical transformations and as targets redesign toward desirable variants. of natural or designed small molecule in- University of Stuttgart, ITB, Germany Companies Lanxess AG, Leverkusen, Germany Symrise AG, Holzminden, Germany Entrechem SL, Oviedo, Spain transferred into a living E. coli strain, obtain a SAMS enzyme suitable for bioca- A High Value Flavor Compound from Orange Peel Waste talytic production of SAM and analogues, See also a film on this topic: odictyol from naringenin (patented). the protein from Bacillus subtilis was im- http://www.beilstein.tv/tvpost/taste-mod- proved by rational protein design (Figs. 1 ifiers-virtual-screening-and-biocatalytic- Toward Naturally Produced Chloroprene vable to obtain such polychlorinated oli- which fermentatively produces homoerirange and are used e.g. for the production of wetsuits. Until now it was inconcei- hibitors. Improved Variants of S-Adenosylmethionine Synthase by Rational Protein Re-Design and 2). Substitution of two conserved production-with-rationally-optimized- Long-chain prenyltransferases are able to gomers by natural means, especially be- isoleucine residues (I105 and I317) located enzymes/ condense more than 1000 isopentenyldi- cause the use of 3-halogenated deriva- Most of our work makes use of transferases See also a film on this topic: in close proximity to the active site ex- phosphate (IPP) monomers onto the ally- tives of IPP were only condensed once, for the production of plant metabo- http://www.beilstein.tv/tvpost/taste-mod- tended the substrate spectrum of the en- Homoeriodictyol (HED) is a commercial lic header substrate which leads to the with the monohalogenated product being lites and their artificial derivatives. Our re- ifiers-virtual-screening-and-biocatalytic- zyme to artificial methionine derivatives. bitter masker and a sweetness enhancer. formation of natural rubber (1,4 cis-poly- an effective inhibitor of prenyltransferases. cent focus on prenyltransferases (with production-with-rationally-optimized- An introduction of a less spacious valine It can be isolated in small amounts from isoprene), e.g. by the rubber tree Hevea terpene synthases) and O-methyltransfe- enzymes/ or alanine residue into position 317 led to Eriodictyon californicum, growing mostly brasiliensis. Besides allergies, which are We could now show for the first time, that variants which were able to convert me- in Northern Mexico. To meet market de- triggered by the natural rubber material, several such condensations are possible rases is increasingly supplemented by work on oxidizing enzymes. Selective oxi- The availability of S-adenosylmethionine thionine and S-alkylhomocysteines bear- mands, a more efficient access is required. also the availability and stability of the raw in suitable systems (patented), overcom- dations, especially hydroxylations are (SAM) is crucial for enzyme-catalyzed me- ing substituents with 2 - 4 carbon atoms. A suitable starting product is naringenin, material can be problematic. Synthetic ing one of the major drawbacks of the su- highly desirable because they are chemi- thyl transfer reactions which have a huge Additional exchange of I105 to those steri- sufficiently available from orange and derivatives of the natural polyisoprene, icide inhibition that so far thwarted any cally extremely difficult processes, but al- potential for the production of valuable cally less challenging amino acids even other citrus peel, i.e. waste material. We like polychloroprene (DuPont’s trade na- development toward the biotechnologi- so in biotechnology they are commonly fine chemicals and pharmaceuticals. In resulted in strong discrimination of the could devise both, in vitro (biocatalytic) as me: neoprene), exhibit advanced proper- cal production of artificial or modified the most demanding biotransformations. cellular metabolism, this universal methyl natural substrate. Most importantly and in well as fermentative (in vivo) access by ties like temperature stability over a wide rubbers (Fig. 4). Our core enzymes are increasingly ap- donor is formed by adenosylation of L- contrast to the wild type enzyme, the vari- plied in combination with other chemical or enzymatic processes (cascade reactions, e.g. to phenylpropanoids) in vitro and in vivo, aiming toward artificial in vitro pathways and synthetic biology systems, respectively. This includes pathway inflows and estuaries, e.g. of rate limiting cofactors. The work is intertwined with Group Members Anne-Katrin Bauer Diploma & PhD Student Stefanie Block Scientific Coworker Martin Dippe Postdoctoral Scientist Jeanette Keim PhD Student Fig. 1: Active site of a model of the SAM synthase from Bacillus subtilis. Arrangement of the substrate analogues S-n-butyl-L-homocysteine (magenta carbon atoms) and adenylyl imidodiphosphate (green carbon atoms) in the active center. A) The space for docking of SAM derivatives with larger functional groups than methyl is restricted by the isoleucine I317 which was there-fore subject to site-directed mutagenesis. B) The single mutation I317V leads to acceptance of the artificial substrate by the enzyme. Fig. 3: A variant of CYP102A1 fusion protein allows selective aromatic hydroxylation – the crucial step to eriodictyol, followed by regioselective O-methylation by PfOMT, the latter developed in cooperation with T. Vogt, dept. SZB. Fig. 4: Chromatogram of the early steps of the enzymatic oligomerization of the chloro analog of IPP (green. In grey: starter reference). Steve Ludwig PhD Student ie Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Entdeckung, Anpassung und Anwendung von Enzymen sowie der Aufklärung enzymatischer Mechanismen, um dies für die effektive biobasierte Herstellung von Natur- und Wirkstoffen zu D Amina Msonga PhD Student, DAAD-Fellow nutzen. Neben unserer Expertise bei Transferasen, im Speziellen Prenyl- und O-Methyltransferasen, haben wir uns vor allem selektiven Oxidationen zugewandt, da klassische chemische Verfahren hierbei oft versagen. Ferner werden meh- Danilo Meyer Postdoctoral Scientist rere (enzymatische) Reaktionen in Kaskaden genutzt, um Stoffwechselwege außerhalb von Zellen oder in Nutzorganismen nachzubilden. Die Arbeiten verfolgen das Ziel, im Rahmen bioökonomischer Verfahren einen effektiven und umweltfreundlichen Zugang zu seltenen und hochpreisigen sekundären Pflanzenstoffen und nichtnatürlichen Derivaten zu erschließen. Susanne Riemer-Köhler PhD Student Pia Schöne PhD Student Felix Schreckenbach PhD Student Benjamin Weigel PhD Student 32 Fig. 2: Structure of the crucial methylation cofactor SAM (left, R = H) and its homologs allowing larger alkyl transfer (R = Et, Pr, All etc.) with less product inhibition (right, conversion of Met / h) So konnte aus dem günstigen Naringenin (aus Orangenabfällen) der hochpreisige Geschmacksmodulator HED erzeugt werden, der wichtige enzymatische Cofaktor SAM ist in neuen Varianten und ohne Umsatzbeschränkung zugänglich gemacht worden, und erstmals gelang es kurze Einheiten des ansonsten nur chemisch zugänglichen Chloroprens biokatalytisch zu erzeugen. Alle drei Verfahren wurden patentiert, zwei davon sind bereits auslizensiert. 33 Collaborators Marcio W. Paixao Universidade Federal de Sao Carlos, Brazil Daniel G. Rivera, Anselmo Otero Universidad Habana, Cuba Oscar C. Rodrigues Synthesis Universidade Federal de Santa Maria, Brazil Paulo Schneider, Diogo Lüdtke, Henri Schrekker Heads: Ludger Wessjohann & Bernhard Westermann Universidade Federal de Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil (5) Antonio L. Braga Universidade Federal de Santa Catarina, Florianopolis, Brazil The synthetic access to natural molecules Carlos Kleber Andrade can provide sufficient material where na- Universidade Federal de Brasilia, Brazil tural resources are either scarce or threat- Lukáš Spíchal, Miroslav Strnad ened. Most importantly, it can provide de- University Olomouc, Czech Republic rivatives, which ideally provide im- (6) proved properties, help to understand the Birgit Dräger, Andrea Sinz, Barbara Seliger University of Halle, Germany underlying mechanisms, or allow tracing the compounds within an organism or the Natural products with Multi Component Reactions (MCRs) ible isonitriles serve as reactive intermediates to overcome the pronounced stabili- Companies: pounds can be generated, which allow to N-methylated peptides are a very impor- ty of amide bonds. The newly developed BASF SE, Ludwigshafen, Germany selectively address or modify certain bio- tant class of biologically active natural reagent IPB is easily synthesized and SKW Piesteritz, Wittenberg, Germany logical functions or alter material proper- products with cyclosporine being the forms acyl pyrroles upon acidic treat- Tube Pharmaceuticals, Vienna, Austria ties. Selected highlights are detailed in most prominent one. During the reporting ment. Follow-up reactions can be done in the following: period several linear (e.g., hirsutellic acid, a variety of suitable nucleophiles gener- environment. In addition, artificial com- Fig. 1 3) and cyclic natural products (e.g., om- ating amides, esters and other ligation means alone. The stereo-determining phalotin, 4) bearing this moiety have been products. A polymer-supported version step was carried out by the Sharpless di- Macrocyclizations allow to emphasize a successfully synthesized. One of the key (6) was also generated, which is profitable hydroxylation. Due to its variability, four certain conformational state, reduce bio- transformations has been the Ugi-MCR, in both parallel and combinatorial synthe- stereoisomers could be synthesized and which has been proven to be highly versa- ses for Medicinal Chemistry programs. their physical properties were compared 2 Macrocyclizations degradation and can enhance cell permeability. It has been a major subject in our Fig. 2 tile to conquer the complexity of the N- group since 20 years, but currently sees a to those of the natural product. alkylated peptide natural products. Isolation & Total Synthesis of Natural Products hype with respect to peptide function. In tion with D. Rivera) utilize isonitrile based cause it has been shown for the first time recent years we have developed the mul- MCRs to produce the desired conforma- that such a simple tertiary amide topolog- Omphalotin A (4) is a cyclic dodecapep- In a collaborative effort of the natural pro- tiple multicomponent macrocyclizations tional bias. ical template which is not a ring like pro- tide member of a family of secondary me- duct, spectroscopy and synthesis re- line can reduce the conformational flexi- tabolites produced by the fungus Om- search groups of NWC, the cyclopen- including bifunctional building blocks (MiB3), which led to a diversity of cyclo- Most intriguingly, we could show that bility in acyclic oligomeric peptides. Deter- phalotus olearius and was found to exhi- tenone-derivative hygrophorone B12 (7) peptide hybrids. large substituents on the amide bond gen- mination of the three-dimensional struc- bit strong nematicidal activities against a could be isolated from fruiting bodies of erated by Ugi-MCRs have a pronounced ture of an acyclic N-steroidal peptide in so- root knot parasite that infests many diffe- the mushroom Hygrophorus abieticola. Within this reporting period, we intensified effect on the secondary structures of the lution proved that the bulky template is rent plant cultures causing economic bur- The constituent could be synthesized in once more our diversity increasing mac- oligomers. Lipophilic substitutents such as capable of both increasing significantly the dens in agriculture worldwide. The con- an rocyclizations and extended their applica- steroids (Fig. 2) can induce and stabilize ß- conformational rigidity, even in a peptide vergent total synthesis has been achieved sequence tion into various fields, especially into sheets in acyclic peptides (2), adding a sequence as short as five amino acid resi- by an unprecedented cassette approach and 9 steps peptide modification. Thus peptide-pep- cholesterol membrane anchor at the same dues, and inducing a beta-turn secondary with preformed intermediates and the use overall. This toid conjugates like in Fig. 1 (in coopera- time. This fact is of major importance be- structure even in the all-s-trans isomer. of our new convertible isonitrile IPB (5, endeavor same acronym as the institute). was neces- 8-step sary to de- Group Members Eileen Bette Nalin de Seixas Borges Annegret Laub Alfredo Rodriguez Puentes Haider Sultani PhD Student PhD Student PhD Student PhD Student PhD Student Sebastian Brauch Helena D. de Salles Tiago Lima da Silva Hannes Rost Dimitar Vasilev PhD Student PhD Student, Sandwich PhD Student (Sandwich) PhD Student PhD Student Bruno Brisólla Ravanello Oscar Dorneles Rodrigues Roberta Lopes Drekener Pia Roth Ricardo Wanderley N. Filho PhD Student Guest Professor Postdoctoral Scientist Diploma Student PhD Student Micjel Chavez Morejón David Edeler Steve Ludwig Angela Schaks Katharina Wolf PhD Student PhD Student PhD Student Technician Technician Julia Christke Thomas Eichhorn Juliane Mewes Elsayed Shaaban Apprentice, Technician PhD Student Apprentice, Technician Postdoctoral Scientist Ralph Coppi Ricardo Ferreira Affeldt Erik Prell Devender Singh PhD Student, Guest Researcher PhD Student, Sandwich Postdoctoral Scientist Postdoctoral Scientist Daniel da Silveira Rampon Zoila Gándara Barreiro Rainer Preusentanz Sebastian Stark PhD Student, Sandwich Guest Researcher PhD Student PhD Student 34 Several of these syntheses have been termine the absolute configuration of the made possible by in-house development three stereogenic centers, which could of convertible isonitrile reagents. Convert- not be accomplished by spectroscopic ie Synthese von Naturstoffen und davon abgeleiteten Produkten ist die Kernaufgabe der Gruppe. Die Totalsynthese D des Pilzinhaltsstoffes Hygrophoron B12 durch eine 9-stufige Synthesesequenz mit einem asymmetrischen Katalyse- schritt erlaubte erstmals die eindeutige Bestimmung der absoluten Stereochemie der Hygrophorone, die als antibak- terielle und fungizide Naturstoffe Potenzial in der Behandlung resistenter Krankheitserreger besitzen. N-Methylierte Cylopeptide spielen im Pflanzenschutz eine wichtige Rolle. Durch geschickten Einsatz von Ugi-Multikomponentenreaktionen wurden nematozide und antibiotische Naturstoffe dieser Gruppe synthetisiert, wobei die eingesetzten Aminosäuren die einheitliche Chiralität der Produkte sicherstellen. Daneben konnten durch die variable Multikomponentenreaktion auch Modifikationen an größeren Peptiden durchgeführt werden, welche als artifizielle posttranslationale Modifikationen die Stabilisierung von definierten Sekundärstrukturen ermöglichen. 35 Collaborators Nasser A. Awadh Ali University of Sana’a, Yemen Mohamed A. Farag Cairo University, Egypt Spectroscopy cultures thereof by ESI-FTICR-MS and problems as demonstrated exemplarily UPLC/ESI-MS/MS provide very useful in- for fungal constituents from Cortinarius Heads: Andrea Porzel & Jürgen Schmidt formation with respect to their metabolite species and plant natural products from profile. While the high resolution MS data several Hypericum species including Birgit Dräger, Marcus Glomb, Dirk Steinborn yield elemental compositions of the de- extensive MS/MS investigations. Further- University of Halle, Germany tected metabolites, UPLC-MS investiga- more, the Orbitrap system can be Mats Hamberg The Spectroscopy Group is engaged in tions allow a mass spectral profiling of the equipped with a desorption electrospray Karolinska Institute, Sweden metabolomics research as well as in corresponding sample including MS/MS ionization (DESI) ion source leading to Ulrike Lindequist structure elucidation and application de- data of key metabolites. A principal com- new possibilities of the direct analysis of ponent analysis (PCA) based on the UPLC/ chemical compounds. velopment with modern analytical techniques such as (coupled) mass spectrometric methods, one- and two-dimensional NMR-spectroscopic experiments and optical spectroscopy (IR, UV, CD). In addition to the identification of plant and fungal metabolites, the synthetic work of our department is strongly supported by pro- Fig. 1: Proposed structure of hyperpolyphyllirin, a new Hypericum constituent viding MS and NMR spectra and their in- ESI-MS and ESI-FTICR-MS data clearly Fig. 2: Flow chart of HMBC based metabolite fingerprinting Addis Ababa University, Ethiopia University of Greifswald, Germany Ricardo M. Kuster Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brazil Dang Ngoc Quang showed that the metabolite profiles can GC/MS be used not only for the identification and In the course of a project of the RG Che- classification of such fungi, but also as a moenzymatics the GC/EIMS was used for sophisticated and powerful tool for the the identification of enzymatically formed chemotaxonomy of different Suillus sam- terpenes. Furthermore, during the last ples according to their biological origin two years the solid phase extraction (fruiting bodies or mycelial culture, Fig. 3). (SPME) headspace method was established in the GC/MS laboratory. Using this terpretation. Assistance in solving struc- Ermias Dagne National University of Education, Hanoi, Vietnam Stephan Schilling Probiodrug AG, Halle Tran Van Sung National Centre for Natural Science and Technology, Hanoi, Vietnam Christina Thiele University of Darmstadt, Germany tural elucidation and analytical problems ent sets of metabolites contribute for spe- cultivars based on 2D NMR HMBC spectra NMR method the relevant volatile compounds is also provided to the other departments cies segregation in NMR and MS datasets. give results comparable to those derived The method of saturation transfer diffe- of basidiocarps of the mushroom Cortina- of the IPB and external cooperation part- Next to H. perforatum, H. polyphyllum from other metabolomic methods like LC/ rence (STD-NMR) was applied to get rius hinnuleus Fr. (Basidiomycetes, Agari- ners. shows the highest content in phlorogluci- MS, ESI-FTICR-MS, or 1D NMR, but offers deeper insight in the enzymatic methyla- cales), a common mycorrhizal mushroom nols, suggesting that the latter species additional advantages. HMBC correlation tion of caffeic acid to ferulic acid using a in Central Europe, could be identified as the identification of benzylisoquinoline al- Metabolomics might be used as an alternative to St. patterns allow the assignment of key sig- plant O-methyl transferase and the co- geosmin, ß-caryophyllene and ß-barba- kaloids from Eschscholzia californica (col- In continuation of our efforts comparing John’s wort. The structure of a novel hy- nals to specific molecular structures, substrate S-adenosyl methionine. We tene together with the C8-volatiles 1-oc- laboration with Prof. Roos, Department of the value of mass spectrometry and nuc- perforin derivative, hyperpolyphyllirin, while preserving the reproducibility and could show the basic suitability of STD- ten-3-ol, 1-octen-3-one, octan-3-ol, octan- Pharmacy). lear magnetic resonance metabolomic found exclusively in H. polyphyllum, could universality of detection by NMR tech- NMR for investigation of enzymatic reac- 3-one, and 2-octen-1-ol. approaches for the characterization of be elucidated from the NMR spectra of niques. Distinct HMBC correlations of the tions. herbal products and drugs, the secondary the crude extract (Fig. 1). hop resin spectra results in an unequivo- metabolite diversity within the genus Hy- Symrise AG, Holzminden, Germany Other measurements cal assignment of all closely related bitter Mass Spectrometry A large number of high-resolution ESI pericum (Hypericaceae) and its correla- To demonstrate the utility of two-dimen- acid components as well as the identifica- In autumn 2013 a new electrospray (ESI) mass spectra, one- and two-dimensional tion to bioactivity, exemplified by cytoto- sional heteronuclear NMR fingerprinting tion of several isomerization and degrada- high-resolution mass spectrometer (Orbi- NMR spectra as well as optical spectra xic properties, was investigated. Utilizing combined with multivariate data analysis tion products of hop bitter acids includ- trap Elite, Thermo Scientific, Bremen) were provided to several research groups NMR fingerprinting and MS metabolic in revealing subtle compositional differ- ing the sedative principal of hop (2-me- combined with an UHPLC system was es- of the IPB. profiling techniques, MS and NMR spec- ences in metabolite composition we in- thyl-3-buten-2-ol). To the best of our tablished in our Department (Fig. 4). This tra of extracts of flowers from Hypericum vestigated hop resins of 13 hop cultivars knowledge, this study provides the first instrument allows accurate mass deter- With respect to the collaboration with perforatum (commonly known as St. (Humulus lupulus) derived from different attempt to apply multivariate data analy- minations with a resolution up to 240,000 external partners the fruitful cooperation John’s wort), H. polyphyllum, H. tetrapte- geographic origin. Heteronuclear multi- sis on HMBC NMR datasets of plant se- and enables different tandem mass spec- with the Department of Inorganic Che- n trometric methods such as ion trap MS mistry of the University Halle-Wittenberg and higher-energy collision dissociation (Prof. Steinborn) on the field of high-reso- rum, H. androsaemum, H. inodorum, H. ple bond correlation (HMBC) 2D NMR pro- undulatum and H. kouytchense were eva- file maps were used to generate a com- luated and submitted to multivariate data prehensive 2D NMR chemomatrix as a ba- The investigation of crude extracts of fun- (HCD) measurements, respectively. Dur- lution ESI mass spectrometry of platinum analyses. Both, MS and NMR, are suitable sis of PCA multivariate data analysis (Fig. gal fruiting bodies Suillus bovinus, S. tri- ing the first year, it could be shown that complexes should be pointed out. Fur- for species differentiation although differ- 2). The classification results of the 13 hop dentinus, S. granulatus, S. variegatus or the Orbitrap technology represents a very thermore, UHPLC/electrospray tandem powerful system for solving structural mass spectrometry was very helpful for condary metabolites. Companies Fig. 4: Orbitrap Elite Mass spectrometer coupled with an Ultimate 3000 UHPLC system Group Members Anja Ehrlich Christine Kuhnt Technician Technician Mohamed Ali Ali Farag Martina Lerbs Alexander von HumboldtFellow Technician Gudrun Hahn Technician PhD Student, Guest Researcher Ramona Heinke Pia Schöne PhD Student, Fellow of the German National Academic Foundation Master Student oderne analytische Methoden (NMR-Spektroskopie, Massenspektrometrie sowie IR-, UV- und CD-Spektroskopie) sind eine unerlässliche Voraussetzung für die Identifizierung und Strukturaufklärung von Naturstoffen und synthe- M tischen Verbindungen. Hochauflösende ESI-Massenspektrometrie, UHPLC/ESI-Tandem-Massenspektrometrie und NMR-Spektroskopie haben sich darüber hinaus in Kombination mit informatisch-statistischen Methoden als effiziente und komplementäre Werkzeuge für Aufgaben im Rahmen von verschiedenen Metabolomik-Projekten erwiesen. Die Methoden wurden u.a. genutzt, um in Nahrungs- und Heilpflanzen wie z. B. Hopfen oder Johanniskraut aufgrund der chemischen Zusammensetzung (d.h. des Metaboloms) die eindeutige Art- und Sortenzuordnung zu ermitteln bis hin zu Lokalitäten. Anders Cristiane Pereira als bei einer gerichteten Einzelsubstanzanalytik hilft dies, Fälschungen und Verunreinigungen zu erkennen, selbst wenn man die verantwortlichen Arten oder Substanzen noch gar nicht kennt. Fig. 3: Principal Component Analysis (PCA) of four different Suillus species 36 37 Collaborators Kaleab Asres Addis Ababa University, Ethiopia Nasser Abdullah Awadh Ali University of Sana’a, Yemen Birgit Dräger, Reinhard Neubert, Edgar Peiter, Klaus Humbeck, Barbara Seliger Screening University of Halle, Germany Bertram Gerber Leibniz Institute for Neurobiology, Magdeburg, Germany Heads: Norbert Arnold & Bernhard Westermann Carola Griehl Anhalt University of Applied Sciences, Köthen, Germany The group develops and performs biolo- lines allows the discrimination between cies were shown to inhibit the glutaminyl Hans-Ulrich Demuth gical, chemical and virtual screening me- potential androgenic or antiandrogenic cyclase (QC), an enzyme involved in the Fraunhofer-IZI (Institute of Cell Therapy and Immunology), Leipzig / Halle, Germany thods to elucidate the biological activities activities and effects on the estrogen or formation of Aß peptide plaques connec- Jennifer Keyser of small molecules, predominantly natural glucocorticoid receptor as well as cyto- ted to Alzheimer’s Disease. The inhibiting products and derived compounds. The toxic activities. metabolites were identified by activity- lopment is in the areas of whole plant Additionally, together with partners in lomics methods with strategies of natural phytoeffector assays, antibiotic assays Serbia, a DAAD-funded project was star- product isolation (reverse metabolomics Institute for Biological Research “Siniša Stanković” Belgrad, Serbia and for enzyme-based assays on trans- ted to study the influence of (food) plant approach). Two QC inhibiting com- Jens Pahnke ferase reactions. With respect to applica- natural products on the synergistic modi- pounds could be identified showing an tion areas, biocidal (antifungal, antibacte- fication of cancer drug effects. inhibition of 81% and 76% at the concen- Companies tration of 0.25 mg/mL. The concept won BASF SE, Ludwigshafen, Germany a prize in the Hugo Junkers award contest Ontochem GmbH, Halle, Germany in Saxony-Anhalt and patenting is pend- Probiodrug AG, Halle, Germany correlation analysis combining metabo- emphasis of our proprietary assay deve- rial, anthelmintic) and cytotoxic (anticancer, antimitotic) assays are performed. Other applications are pursued with coo- Identification of QC inhibiting compounds from microalgae Several crude extracts of microalgae spe- Dual culture essay peration partners, e.g. for flavor & fragrance applications and CNS active com- sporium cucumerinum as well as the oo- mum inhibitory dose as well as for the se- pounds. mycete Phytophthora infestans. These paration of compounds on the TLC plate highly relevant phytopathogens cause prior to application of C. cucumerinum. Several diffusion or surface based assays enormous losses in crop production. were successfully substituted or comple- Three different assay systems were deve- Assays in 96-well microtiter plates (MTP) mented by sophisticated concentration loped allowing the evaluation of living were established on the basis of fungicide dependent assays, an especially difficult fungal strains, crude extracts from biolo- resistance action committee (FRAC) task for whole plant applications, or if gical sources and single compounds for approved monitoring methods. crude extracts with intrinsic tanning, their antifungal properties: color or reducing properties have to be Our fungal strain collection is screened in fractions, crude extracts or pure com- says are complemented by more detailed confrontation assays using the dual cul- pounds for their fungicidal activities. The molecular assays, e.g. enzyme inhibition ture technique. The IPB culture collection fungal growth is determined by measure- or performance assays (see also RG Che- comprises more than 900 strains, most of ment of the optical density (OD). moenzymatics). The screening platform, them not available in public culture collec- which also includes virtual assays not pre- tions. The strains were tested regarding Anticancer compounds sented here (details see RG Computatio- mycelial growth inhibition of the phytopa- Prostate cancer is one of the most diag- nal Chemistry), is not limited to the De- thogens with the aim to develop new po- nosed forms of cancer among men in partment of Bioorganic Chemistry, but is tential biocontrol agents. western regions. Many traditional appli- The bioautographic spraying assay is propose to inhibit the proliferation of directly performed on silica-coated TLC prostate cancer cells. The well charac- Fungicides plates using mainly Cladosporium cucu- terized androgen dependent prostate In our ongoing screening program on merinum as test organism. This fast and cancer cell lines LNCaP and the andro- compounds active against plant patho- simple assay is suitable for testing crude gen independent PC-3 were used in a genic fungi, the targeted species are Sep- extracts, fractions or pure compounds in multiple readout assay. The differential toria tritici, Botrytis cinerea, and Clado- a dilution series to determine the mini- behavior of the two prostate cancer cell Group Members Peter-Paul Heym PhD Student PhD Student Annika Denkert Martina Lerbs PhD Student Technician Anja Ehrlich Saskia Ritter Technician Diploma Student 38 Universitetet i Oslo, Norway ing. cations or phytotherapeutic concepts open to all departments of the IPB, and for Robert Berger Sanja Mijatovic, Danijela Maksimovich-Ivanic This assay system is suitable to screen tested. The organism or cell-based bioas- partners in suitable cooperations. Swiss Tropical and Public Health Institute, Switzerland n der Arbeitsgruppe Screening sind die Aktivitäten des biologischen, chemischen und virtuellen Screenings gebündelt. Die Schwerpunkte eigener Assay-Entwicklung liegen im Bereich Phytoeffektoren, Antibiotika und bei Assays mit enzymatischen Transferasen. Die Anwendungsschwerpunkte sind (a) abiotischer Stress, insbesondere Trockenstress an Nutzpflanzen, (b) antibiotische Eigenschaften mit Schwerpunkt auf antifungischer / antibakterieller Wirkung, (c) Zellproliferation (Krebs) bei humanen Zellen, (d) geschmacksmodifizierende Substanzen, z.B. Bittermaskierer, und (e) neuroaktiven Substan- I LNCaP (prostate cancer cell line): androgen dependend growth; left: – test compounds; right: + test compound zen (Alzheimer, Lernverbesserung u.a.). Es konnten u.a. Substanzen aus Algen mit Potential gegen eine Zielstruktur bei Alzheimer identifiziert werden, sowie diverse Pilze, die Substanzen gegen pilzliche Schaderreger an Pflanzen erzeugen. 39 Collaborators Ludger Beerhues Technical University Braunschweig, Germany Wilhelm Boland Max Planck Institute for Chemical Ecology, Jena, Germany Lars Bräuer University of Erlangen-Nürnberg, Germany Computational Chemistry Birgit Dräger, Jörg Degenhardt, Renate Ulbrich-Hofmann, Johanna Mansfeld University of Halle, Germany Heads: Wolfgang Brandt & Andrea Porzel Thomas Engel, Jörn Martens University of Munich, Germany Joram Eyal Institute of Plant Sciences, Bet-Dagan, Israel Three-dimensional molecular structures of Cation-dependent O-methyltransferases cient methyl transfer to catechol-like hy- small molecules and proteins, and their re- Crystal structure data of cation-dependent droxyl groups in phenolics. The triad is action mechanisms are broadly investi- catechol O-methyltransferases (COMTs) conserved among all characterized plant Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur FIZ Karlsruhe, Germany gated by methods of computational che- from mammals and related caffeoyl coen- CCoAOMT-like enzymes, which are re- Oliver Kayser m-istry. As source for in silico screening zyme A-OMTs (CCoAOMTs) from plants quired not only for methylation of soluble (see RG Screening) structural databases have suggested operative molecular me- phenylpropanoids like coumarins or mo- are used to predict new substrates or inhi- chanisms. These include bivalent cations nolignol monomers, but is also present in bitors of plant enzymes or to develop which facilitate deprotonation of vicinal the similar microbial and mammalian Technische Informationsbibliothek Hannover, Germany drugs for medicinal or other applications. aromatic dihydroxy moieties and illustrate cation-dependent enzymes which me- Michael L. Nickerson In addition to the application, we develop a conserved arrangement of hydroxyl and thylate a comparable set of substrates. own methods to fill gaps in the computa- carboxyl ligands consistent with the re- tional possibilities or in data handling. Thus quirements of a metal-activated catalytic Research Data Management a new semiempirical quantum mechanical mechanism. A previously undetected ca- IPB has introduced a primary data depo- method is under development, which ex- talytic triad, consisting of Lys157-Asn181- sitory system in which the RG Computa- ceeds other semiempirical methods in ac- Asp228 was predicted to be required for tional Chemistry was one of the driving curacy and computational speed. In data complete methyl transfer in case of a cat- forces. IPB also is a partner in the DFG handling we try to develop standards and ion-dependent phenylpropanoid and fla- supported inter-institutional project RA- best practices as partner of larger consortia. vonoid OMT by molecular modelling stud- DAR – Research Data Repository, a gene- ies (Fig.2). Corresponding experimental ric, interdisciplinary service for sustain- Protein structures and functions investigations (T. Vogt, Dep. Cell and able preservation and publication of re- Protein homology models of a wide range Metabolic Biology) supported this hypo- search data, including an appropriate me- thesis. This triad appears essential for effi- tadata scheme. of enzymes have been created and did Fig. 1: Tertiary structure model of LsTFP with the aglucone of benzylglucosinolate docked. essentially guide and support experimen- Matthias Hahn, Matthias Razum Technical University Dortmund, Germany Angelina Kraft, Janna Neumann, Frauke Ziedorn National Cancer Institute Frederick,USA Friedrich Paulsen University of Erlangen-Nürnberg, Germany Jan Potthoff Karlsruher Institut für Technologie KIT Karlsruhe, Germany Ute Wittstock, Technical University Braunschweig, Germany Companies SKW Piesteritz, Wittenberg, Germany Symrise AG Holzminden, Germany OntoChem GmbH Halle, Germany tal work. This includes predictions of suitable mutation sites to detect the active Plant specifier proteins proteins, other products, namely simple site or substrate localization, or to aid ra- As components of the glucosinolate-my- nitriles, epithionitriles and organic thiocy- tional protein redesign for biocatalytic rosinase system, specifier proteins con- anates, can be formed instead of isothio- applications. Covered families of enzymes tribute to the diversity of chemical de- cyanates, depending on the glucosinolate are prenylating enzymes, surface active fenses that have evolved in plants of the side chain structure and the type of speci- and experimental evidence sug- proteins, phospholipases, N-alkyltransfe- Brassicales order as a protection against fier protein. The biochemical role of spe- gest that a proton relay involving rases such as spermidine synthases and herbivores and pathogens. Glucosino- cifier proteins is largely unresolved. We Lys157 – Asn181 – Asp228 is es- putrescine N-methyltransferases, tropi- lates are thioglucosides that are stored have used two thiocyanate forming pro- sential for the methyl transfer in none like reductases, O-methyltrans- separately from their hydrolytic enzymes, teins (TFP) and one epithiospecifier pro- ferases, glucosyltransferases, poly(ADP-ri- myrosinases, in plant tissue. Upon tissue tein with different substrate/product spe- bose)polymerases (PARPs), plant specifier disruption, glucosinolates are hydrolyzed cificities to develop molecular models proteins, serine carboxypeptidases and by myrosinases yielding instable aglu- (Fig. 1), which, in conjunction with muta- more. Two specific projects are detailed in cones that rearrange to form defensive iso- tional analyses, allow us to propose an ac- the following: thiocyanates. In the presence of specifier tive site and docking arrangements with Fig. 2: Theoretical calculations cation-dependent O-methyltransferases (CCoAOMTs). glucosinolate aglucones that may explain some of the differences in specifier pro- Group Members tein specificities. Furthermore, quantummechanical calculations support a reac- n der Arbeitsgruppe Computerchemie werden Methoden der Bio- und Chemoinformatik, des Molecular Modelings und der Theoretischen Chemie (Quantenchemie), angewendet und entwickelt, um molekulare Strukturen (z.B. 3D-Strukturen von Proteinen) und Reaktionsmechanismen aufzuklären. Mit Hilfe dieser Untersuchungen werden sowohl Kandidaten für I Susanne Aust Iris Eckert Thomas Herberg Felix Rausch tion mechanism for benzylthiocyanate Wirkstoffe, z.B. für Anwendungen im Pflanzenschutz vorhergesagt, als auch Erkenntnisse zu Proteinen und deren Bedeu- Guest Researcher Bachelor Student PhD Student PhD Student formation including a catalytic role of the Richard Bartelt Daniela Eisenschmidt Peter-Paul Heym Jennifer Szczesny Master Student PhD Student PhD Student Diploma Student TFP involved. These results may serve as a Anne-Kathrin Blume Anne Finck Susan Gruner Jördis-Ann Schüler Master Student PhD Student Master Student Master Student mental investigations of the mechanisms tung für die Erkennung kleiner Naturstoffe und deren Biosynthese. Im Mittelpunkt der Grundlagenforschung stehen Proteinfamilien, welche von zentraler Bedeutung für pflanzliche biochemische Kreisläufe sind, mit einem Schwerpunkt auf Transferasen. Auf der Basis von modellierten 3D-Strukturen für Enzyme konnten Vorhersagen für Mutationen erstellt werden, welche zur gezielten Änderung der enzymatischen Aktivität führten oder zum Verständnis der Spezifitäten und Funktionen bei- Frank Broda Juliane Fischer Martin Kopsch Eva Schulze of glucosinolate breakdown that will also trugen. System Administrator PhD Student Diploma Student PhD Student help to better understand the evolution of Michael Dressel Filipe R.C.D. Furtado Silke Pienkny specifier proteins from ancestral proteins Diploma Student Scientific Coworker Scientific Coworker with functions outside glucosinolate me- basis for further theoretical and experi- Ferner werden Standards für Datenmanagement sowohl am Institut als auch auf nationaler Ebene bearbeitet, so im DFG-geförderten Projekt RADAR zur verbesserten Verfügbarkeit und Nachnutzbarkeit von Forschungsdaten. tabolism. 40 41 Publications and other Activities of the Department of Bioorganic Chemistry Publications 2013 Ali, N. A. A., Al-Fatimi, M. A., Crouch, R. A., Denkert, A., Setzer, W. N. & Wessjohann, L. A. Antimicrobial, antioxidant, and cytotoxic activities of the essential oil of Tarchonanthus camphoratus. Nat. Prod. Commun. 8, 683-686. Berger, R., Bornscheuer, U., Liese, A., Schwaneberg, U., Syldatk, C. & Wessjohann, L.A. Biotechnologie von morgen. Biospektrum 19, 208-210. Bette, M., Kluge, T., Schmidt, J. & Steinborn, D. 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Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Biologie, 4/9/2014. Diploma Theses 2014 Hummel, Johanna: Isolierung bioaktiver Substanzen aus afrikanischen Heilpflanzen. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Chemie, Lebensmittelchemie und Umweltchemie, 24/4/2014. Laub, Annegret: Synthese, Strukturaufklärung und Evaluierung von antibiotischen Aib-haltigen Peptiden. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Chemie, Lebensmittelchemie und Umweltchemie, 24/4/2014. Schaller, Julia: Sekundärmetabolite aus chilenischen Pilzen: Amighinella australis Speg. MartinLuther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Chemie, Lebensmittelchemie und Umweltchemie, 24/4/2014. Schumann, Anja: Nachweis von Vitamin D in ausgesuchten Pflanzensippen und Pilzen. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Chemie, Lebensmittelchemie und Umweltchemie, 24/4/2014. Doctoral Theses 2014 Wessjohann, L., Dippe, M., Tengg, M. & GruberKhadjawi, M. 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Martin-Luther- Habilitation 2014 Kaluđerović, Goran: Contributions to the development of anticancer metallotherapeutics from metal compounds to nanomaterials. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Chemie, Physik und Mathematik, 22/5/2014. Klein, Robert: Modellierung von Prenyltransferasen und Terpensynthasen und Untersuchungen zum molekularen Docking von Reaktionsintermediaten. Martin-Luther-Universität HalleWittenberg, Institut für Chemie, Physik und Mathematik, 24/6/2014. 45 Department of Stress and Developmental Biology Abteilung Stress- und Entwicklungsbiologie Head: Professor Dierk Scheel Leiter: Professor Dierk Scheel Secretary: Susanne Berlin Sekretariat: Susanne Berlin lant development is in principle genetically determined, but these programs are modulated to certain degree by abiotic and biotic environmental factors. Thereby, developmental programs are on a long-term basis adapted to specific local conditions and protective as well as defense reactions are rapidly initiated during stress situations. This is a particular advantage for the mostly sedentary living plants. A prerequisite for the initiation of such adaptation and defense processes is the ability of plants to specifically recognize environmental factors, as well as their variation and to subsequently activate signal transduction networks that translate the perceived signal into appropriately modified gene expression, protein and metabolite patterns. The investigation of the molecular mechanisms underlying these processes is the main research topic of the department, with the focus in the area of biotic interactions. P Plants are resistant against most pathogens in their environment. This durable nonhost resistance relies on the activation of a multi-component defense response, which is initiated by receptor-mediated recognition of potential pathogens through complex signaling networks. The plant plasma membrane-localized receptors perceive typical microbial structures that are of importance for microbial biology, but absent from plants. Examples for such microbe- or pathogen-associated molecular patterns (MAMPs or PAMPs) are fragments of chitin or glucan from fungal cell walls or of flagellin from bacterial flagella. Therefore, nonhost resistance is also called PAMP-triggered immunity. Successful pathogens are able to suppress PAMP-mediated defense responses by secreting effectors into the plant apoplast or injecting them into plant cells, where they affect recognition or signaling processes and thereby render the plant susceptible to the corresponding pathogen. This phenomenon is called effector-triggered 46 immunity. During co-evolution with their pathogens plants evolved mechanisms to recognize specific effectors by resistance proteins. This perception event initiates an efficient defense response against pathogens expressing these effectors, resulting in host resistance or effector-triggered immunity. The work of several research groups of the department focuses on the analysis of effectors, as well as of recognition, signal transduction and gene activation processes in plant-pathogen interactions. Plant responses to environmental factors finally result in altered patterns of metabolites. Furthermore, plant roots secrete a large number of compounds into the rhizosphere. Also the pattern of these secreted compounds is genetically determined and modulated by environmental factors. In fact, it is believed that exudate constituents are involved in chemical communication between different organisms. In order to be able to directly monitor such alterations, mass spectrometrybased methods have been established allowing the comprehensive profiling of metabolites. These methods are also being employed for biochemical phenotyping of mutants. Comprehensive metabolite profiling required the establishment of metabolomics and bioinformatics platforms including the development of appropriate databases and tools for analysis and annotation of primarily mass spectrometry data. ie pflanzliche Entwicklung ist in genetischen Programmen festgelegt, jedoch durch biotische und abiotische Umweltfaktoren weitgehend modulierbar. Dadurch ist gewährleistet, dass einerseits Entwicklungsprozesse langfristig an die jeweiligen Standortbedingungen angepasst werden und andererseits kurzfristig Schutz- beziehungsweise Anpassungsreaktionen in Stresssituationen möglich sind, was bei der zumeist sessilen Lebensweise von Pflanzen von besonderer Bedeutung ist. Voraussetzung für die Einleitung dieser Prozesse ist die Fähigkeit von Pflanzen, Umweltfaktoren und deren Veränderung spezifisch zu erkennen und über Signaltransduktionsnetzwerke in entsprechend modifizierte Genexpressions-, Protein- und Metabolitenmuster zu übersetzen. Die Untersuchung der molekularen Mechanismen dieser Vorgänge steht im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten der Abteilung. Dabei liegt der Schwerpunkt im Bereich biotischer Umweltfaktoren. D fektoren unterdrücken, die sie entweder in den Apoplasten sekretieren oder sogar in die Pflanzenzelle injizieren, wo sie mit Erkennungs- oder Signaltransduktions-Vorgängen interferieren und die Pflanze empfindlich gegenüber dem Pathogen machen. Dieses Phänomen ist als Effektor-vermittelte Suszeptibilität bekannt. Im Laufe der Koevolution mit ihren Pathogenen haben Pflanzen Mechanismen entwickelt, die es ihnen ermöglichen, spezifische Effektoren mit Hilfe von Resistenzproteinen zu erkennen und eine sehr effektive Resistenzreaktion gegen Pathogene auszulösen, die diesen Effektor exprimieren. Dadurch kommt es zur Wirtsresistenz, die auch als Effektor-vermittelte Immunität bezeichnet wird. Mehrere Arbeitsgruppen der Abteilung untersuchen Effektoren, Erkennungs-, Signaltransduktions- und Genaktivierungsprozesse, die bei den verschiedenen Wechselwirkungen von Pflanzen und Pathogenen eine Rolle spielen. Pflanzen sind gegen die meisten Pathogene in ihrer Umgebung resistent. Diese stabile Nichtwirts-Resistenz beruht auf der Aktivierung einer aus vielen Komponenten bestehenden Abwehrreaktion, die nach Rezeptorvermittelter Erkennung der potentiellen Pathogene über komplexe Signalnetzwerke aktiviert wird. Die in der pflanzlichen Plasmamembran lokalisierten Rezeptoren erkennen typische mikrobielle Strukturen, die für deren Biologie wichtig sind, in der Pflanze aber nicht existieren. Beispiele für diese sogenannten Mikrobenoder Pathogen-assoziierten molekularen Muster (MAMPs oder PAMPs) sind Fragmente des Chitins oder Glukans der pilzlichen Zellwände oder des Flagellins der bakteriellen Flagellen. Die Nichtwirts-Resistenz wird deshalb auch als PAMP-vermittelte Immunität bezeichnet. Reaktionen von Pflanzen auf Umweltfaktoren drücken sich letztendlich in einem veränderten Muster von Metaboliten aus. Darüber hinaus sekretieren Pflanzenwurzeln eine große Anzahl von Stoffen in die Rhizosphäre. Auch das Muster der sekretierten Stoffe ist genetisch determiniert und wird durch Umweltfaktoren moduliert. Es wird vermutet, dass Komponenten dieser sogenannten Exsudate an der chemischen Kommunikation zwischen verschiedenen Organismen beteiligt sind. Um diese Veränderungen detektieren zu können, wurden Methoden zur umfassenden Analyse von Metaboliten mittels Massenspektrometrie etabliert. Diese Methoden werden darüber hinaus zur biochemischen Phänotypisierung von Mutanten verwendet. Das umfassende Metaboliten-Profiling erforderte die Etablierung einer Bioinformatik- und Metabolomics-Plattform, die eine Erstellung von Datenbanken und Anwendungen für eine Analyse und Annotation insbesondere von massenspektrometrischen Messdaten beinhaltet. Erfolgreiche Pathogene können die durch die PAMPErkennung ausgelöste Abwehrreaktion mit Hilfe von Ef- 47 Molecular Communication in Plant-Pathogen Interactions Head: Wolfgang Knogge (1) Phytopathogens of the Rhynchosporium genus Fungi of the genus Rhynchosporium are causal agents of scald on a variety of grasses including the cereal species barley, rye and triticale. The five fungal species described to date differ in their host specificity and fall into two groups based on conidiospore morphology (Fig. 1). The beaked-conidia group (BCG) comprises R. commune, which is pathogenic to Hordeum species including cultivated barley (H. vulgare) and brome grass (Bromus spp.), R. secalis, which is specialized to rye (Secale cereale) and triticale, and R. agropyri, which is found on couch grass (Agropyron spp.). In contrast, R. orthosporum and R. lolii, which grow on orchard grass (Dactylis glomerata) and on perennial rye grass (Lolium perenne), respectively, establish the cylindrical-conidia group (CCG). Economically important worldwide is the disease caused by R. commune on barley. Yield losses as high as 40% have been reported. However, yield reductions of 510% are probably more common accounting for economic losses in the order of 500 Mio €/a in the EU-27 countries. (2) Rhynchosporium genomics pose the genomes of isolates from the mycetes clade of the Ascomycota. Finally, Rhynchosporium species were sequenced, using the EF1-α, RPB1 and RPB2 amino assembled (c. 55 Mb) and annotated acid sequences the relationship to more (c. 12,000 genes) in cooperation with col- distantly related fungal species was es- leagues at the Leibniz Institute for Age Re- tablished. search, Jena, at the University of Hertfordshire, Hatfield, UK, and at the Helmholtz (4) Fungal effector proteins Center in Munich. The phytopathogenic lifestyle of Rhyn- (3) Phylogenetic analysis fector molecules to adapt to the host To study the genetic relationship of the plants and to complete the fungal life five Rhynchosporium species a phyloge- cycle. To identify key genetic elements netic analysis was carried out using multi- that are relevant for host specificity the locus DNA sequence information. To this genomes of isolates from the crop plant- end, the sequences coding for EF1-α and infecting species R. commune and of R. RNA polymerase II subunits RPB1 and secalis were screened for candidate genes RPB2 were extracted from the genome coding for proteins that satisfy a number data base. In addition, the rDNA regions of criteria such as presence of a secretion late regarding fungal growth in planta and R. commune grown ex planta was ana- letion of two of these genes in R. commu- (18S rDNA, ITS1-5.8S rDNA-ITS2, 28S rDNA) signal, small size, high cysteine content disease phenotype. lyzed at the protein level by mass spectro- ne led to the identification of a PKS prod- were obtained by Sanger sequencing. The and species-specific occurrence or spe- metric techniques (LC-MS/MS) using a uct. In cooperation with the Department resulting phylogeny confirms the two cies-specific expression in planta. Five Besides species-specifically occurring protein database derived from the gene of Bioorganic Chemistry LC/MS- and NMR- major BCG and CCG branches (Fig. 1). In genes (RcSP1, RcSP2, RcSP3, RcSP5, genes a few genes were found that are models. Nearly 3,000 peptide spectrum based techniques are used to establish the BCG branch, R. commune and R. RcSP6) in R. commune and only one gene species-specifically expressed in planta matches (PSMs) were identified in protein the structure of this component as well as agropyri appear to be the closest sister (RsSPa) in R. secalis turned out to match despite the presence of paralogs in both extracts from fungal mycelia, conidia and to identify products of additional sec- species. In contrast, the intron pattern of these criteria (Fig. 2). The structures of R. commune and R. secalis. Future re- culture filtrate. Future experiments aim at ondary metabolism enzymes. the rDNA genes suggests a closer rela- these genes as predicted by the annota- search therefore aims at identifying addi- analyzing and quantifying fungal protein chosporium requires the secretion of ef- Fig. 2. Selection of effector candidate genes. Number of genes matching the different selection criteria. TMD, transmembrane domain; AA, number of amino acids; Cys, cysteine content; Rc, R. commune. Fig. 3. Expression of R. commune-specific candidate effector genes. Abundance of the mRNAs coding for (1) RcSP1, (2) RcSP2, (3) RcSP3, (5) RcSP5 and (6) RcSP6 was determined by qRT-PCR during development of R. commune on susceptible barley. The grey dotted line represents the fungal biomass in the leaves during the three stages, mycelial establishment (until 6-7 dpi), rapid growth (until 14 dpi) and stationary phase. dpi, days post inoculation. tionship between R. commune and R. se- tion algorithms were verified based on tional genes by RNA sequencing that may abundance during pathogenesis as an es- calis. Hence, based on these results the cDNA sequencing. All five R. commune contribute to species specificity based on sential complement of transcriptome relationship between the three BCG spe- genes (Fig. 3) as well as the R. secalis their expression characteristics during analysis. cies cannot be resolved unequivocally. gene are expressed during the early stage pathogenesis. Furthermore, several of the of pathogenesis, when the fungal mycelia candidate effector genes are members of (6) Fungal secondary metabolism The James Hutton Institute, Dundee, Scotland, UK In recent years, comparative genomics on Collaborators Anna Avrova a number of phytopathogenic filamen- In addition to analyzing the intra-genus are established in the host tissue. For small gene families. Therefore, using the In addition to proteins, fungal secondary Bruce Fitt tous fungi and oomycetes have unveiled relationship, the gene sequences were functional characterization of the genes R. commune NIP2 gene family as a case metabolites may play a role during patho- University of Hartfordshire, Hatfield, UK microbial genes that play important roles used to confirm the integration of the targeted deletion mutants are being gen- study an RNAi system was established genesis. The genomes of the Rhyncho- during pathogenesis. With the same pur- Rhynchosporium genus into the Leotio- erated and compared to the wild type iso- that allows functional studies of a small sporium species contain different num- Martin Münsterkötter, Ulrich Güldener number of genes by their simultaneous bers of genes coding for typical key en- down-regulation. zymes of secondary biosynthesis such as Group Members polyketide synthases (PKS, 7-11), non-ribo- Jenny Graap Bachelor Student (5) The fungal proteome somal peptide synthetases (NRPS, 3-5) In a pilot experiment, gene expression in and hybrid enzymes (PKS-NRPS, 2-3). De- Institute of Bioinformatics and Systems Biology, Helmholtz Center, Munich, Germany Matthias Platzer, Stefan Taudien, Marius Felder Leibniz Institute for Age Research – Fritz Lipmann Institute, Jena, Germany Jan Hoffmann Bachelor Student ür die Gattung Rhynchosporium wurden bisher fünf Pilzarten beschrieben, die mit hoher Wirtsspezifität eine Blattflecken- Susanne Kirsten F Technical Assistant krankheit auf verschiedenen Grasarten einschließlich der Getreide Gerste, Roggen und Triticale verursachen. Durch phy- Andrea Leitner logenetische Untersuchungen unter Verwendung der Sequenzen von sechs Genen wurden die Verwandtschaftsverhält- PhD Student nisse zwischen diesen Arten ermittelt und die Gattung in das System der Ascomyceten eingeordnet. Hauptziel der Arbeiten ist Daniel Penselin PhD Student Xiaohang Wang Master Student Claudia Wenzel PhD Student 48 jedoch die Identifizierung der molekularen Faktoren, die der pilzlichen Virulenz und insbesondere der Spezialisierung auf be- Fig. 1: Rhynchosporium phylogeny. The phylogenetic relationship between the five described Rhynchosporium species was calculated based on six gene sequences including the rDNA genes 18S, 5.8S and 28S (blue). Red, internal transcribed spacer (ITS); yellow, introns. stimmte Wirtspflanzenarten zugrunde liegen. Hierzu wurden durch vergleichende Genomanalyse spezifische Effektor-Kandidatengene identifiziert, die derzeit funktionell charakterisiert werden. Darüber hinaus wird die Rolle von Sekundärstoffen bei der Pathogenese untersucht. 49 Collaborators Ulla Bonas, Gunther Reuter University of Halle, Germany Gitta Coaker University of California, Davis, USA Karl-Josef Dietz University of Bielefeld, Germany Magda Krzymowska Cellular Signaling ulate signaling. At least four MAPKs, phosphorylation of some enzymes may MPK3, MPK4, MPK6 and MPK11 are acti- directly modulate defense metabolite Institute of Biochemistry and Biophysics, Warszawa Poland Heads: Dierk Scheel & Justin Lee vated after MAMP treatment in Arabidop- production/accumulation. Much of our David Mackey sis. Besides roles in defense, these MAPKs work is performed in close collaboration also regulate growth and development with our IPB Proteome Analytics group processes. The specificity of the appropri- that supports in identifying the phospho- Plants activate a complex multi-compo- ate response is presumably controlled by rylation sites in the phosphoproteins. A nent defense response to restrict patho- pathway-specific substrates. We aim to method for rapid site-directed mutagene- gen ingress. One of the first steps in de- identify the MAPK substrates with de- sis of MAPK sites (Eschen-Lippold et al. Nese Sreenivasulu fense activation is mediated through the fense-related roles. Metabolomics analy- 2014) was developed to facilitate the vali- International Rice Research Institute, Philippines recognition of conserved pathogen-de- sis of transgenic plants expressing a con- dation of the mass spectrometry data and Joachim Uhrig rived molecules (typically referred to as stitutively-active MAPK-kinase revealed assessment of the impact of phosphoryla- University of Göttingen, Germany Microbe-Associated Molecular Patterns, that activation of MPK3 and/or MPK6 is tion on protein function. MAMPs) or pathogen-induced modifica- sufficient to trigger the accumulation of tions of host molecules. Our research fo- secondary antimicrobial metabolites such In collaboration with several other groups, ated with negative regulation of salicylic cuses on two early cellular defense signal as camalexins and various indole glucosi- we aim to understand how pathogen ef- acid-mediated defense response and ma- transduction pathways in MAMP-trig- nolates. Phosphoproteomics analysis fector proteins target plant signaling (e.g. nipulating this pathway could enable fine- gered immunity, i.e. calcium signaling using a novel phosphoprotein enrichment Singer et al. 2013). Ongoing work identi- tuning of defense control. Taken together, and mitogen-activated protein kinase method (Lassowskat et al. 2013) has en- fied a Pseudomonas effector protein that the knowledge gained in our studies may (MAPK) signaling, and understanding how abled us to identify putative direct MAPK specifically blocks the activation of MPK4/ be used for enhancing disease resistance pathogen effectors manipulate cellular substrates and/or downstream phospho- MPK11 by MAMPs. MPK4/MPK11 are associ- in crop plants. signaling to promote pathogenesis. proteins. Interestingly, this list of putative Fig. 1. Four LPS-insensitive (lipooligosaccharide-specific reduced elicitation, lore) mutants, defective in an S domain receptor-like kinase, were isolated. (A) Predicted conserved domains and location of lore loss-of-function mutations (Abbreviations: SP, signal peptide; TM, transmembrane; EGF, epidermal growth factor; PAN, plasminogen-apple-nematode; DUF, domain of unknown function). (B) [Ca2+]cyt elevation triggered by LPS (prepared from Pseudomonas aeruginosa strain H4) is lost in lore-1 seedlings. (C) The lore-1 mutant does not show LPS-induced MAPK activation (but responds normally to chitin). MAPK activation is detected by anti-phospho-MPK immunoblot that recognizes activated forms of MAPKs. Amido black staining shows equal protein loading. Plant receptors and their associated proteins mediate MAMP recognition and subsequent signal relay into cellular/biochemical reactions. One of the earliest detectable responses after MAMP perception is the activation of ion channels/ pumps at the plasma membrane – including an increase in cytosolic calcium (Seybold et al. 2014). Calcium is a second messenger that controls downstream Ohio State University, USA Stefanie Ranf TU Munich, Germany Alok Sinha National Institute of Plant Genome Research, New Delhi India phosphoproteins includes components that have been previously identified in genetic screens to regulate indole glucosinolate metabolism in defense against filamentous pathogens (Lassowskat et al. 2014). Furthermore, some candidates were found with other previous strategies (e.g. yeast-two hybrid screens or an in vitro protein array-based kinase screen) we used to search for MAPK-interacting proteins and MAPK substrates. An example is responses, such as MAPK activation, ROS screening system to identify receptors for extracellular domain to that of the animal a class of MAPK-targeted VQ-motif-con- (reactive oxygen species) production and novel MAMPs. Towards this end, we isolated counterpart, Toll-Like Receptor 4 (TLR4), taining proteins (MVQs) that interact with defense gene expression. Using Arabidop- mutants that do not respond to lipooligo- suggests convergent evolution between specific members of WRKY transcription sis plants expressing the calcium reporter, saccharide (LPS), a major bacterial endo- plants and animals in LPS perception. The factors and regulate MAMP-induced gene aequorin, one can detect a rapid increase toxin for animals. These lipooligosaccha- identification of LORE may open up the expression (Pecher et al. 2014, Weyhe et in cytosolic calcium after MAMP elicita- ride-specific reduced elicitation (lore) mu- opportunity to use it as a LPS-chelating al. 2014) (Fig. 2). We postulate that these tion. In a proof-of-principle genetic screen tants lack several downstream LPS-in- agent in human/animal therapy of bacte- candidates, encompassing putative trans- for mutants with altered calcium signa- duced reactions (e.g. MAPK activation, Fig. rial diseases or confer enhanced LPS sen- cription factors, transcription factor-asso- ture, we isolated predominantly mutations 1). Genetic mapping revealed LORE to en- sitivities in major crops. ciated proteins or putative RNA-binding in the receptor and several receptor-asso- code a lectin S-domain receptor-like ki- ciated components (Ranf et al. 2014). This nase. LORE is presumably one plant LPS Downstream of calcium, MAMP-activated post-transcriptional regulation of defense highlights the potential of this calcium receptor and the difference in the predicted MAPKs and their phospho-substrates reg- gene expression, while in other cases, proteins, play roles in transcriptional and Fig. 2: Defense gene transcription may be regulated by the proposed ménage à trois situation between specific MAPKs, WRKYs and VQ-motif-containing proteins (VQPs). The basal tripartite module (highlighted by the yellow triangular shading) consists of MAPK (M), VQP (V) and WRKY (W) or eventually other still unknown components. Multiple modules of such complexes probably exist in plant cells. Specific examples with roles in defense regulation are the protein complexes containing MPK6-MVQ1-WRKY33 or MPK4-MKS1-WRKY33 (shown within the dashed circle). Additionally, binary interactions such as WRKY dimers or VQP-WRKY pairs (eg. SIB1-WRKY33), which are not targeted by MAPKs, also exist for MAPK-independent regulation. (Abbreviations: MVQ1, MAPK-targeted VQP 1; MKS1, MPK4 substrate 1; SIB1, Sigma factor-binding protein 1). Group Members Manaswita Baruah Siska Herklotz Pascal Pecher Fabian Trempel PhD Student, Erasmus Mundus Fellow Bachelor Student PhD Student PhD Student Nicole Bauer Xiyuan Jiang Florian Rist Lore Westphal Technician PhD Student Master Student Senior Scientist Martina Brode Ines Lassowskat Arsheed Hussain Sheikh Martin Weyhe Master Student PhD Student PhD Student, DAAD Sandwich Fellow PhD Student Lennart Eschen-Lippold Luis Maldonado-Bonilla Sara Sopeña Postdoctoral Scientist Postdoctoral Scientist Guest Scientist Marina Häußler Annekatrin Missal Naheed Tabassum Technician Master & PhD Student PhD Student 50 flanzen sind in der Lage, die Anwesenheit von Mikroorganismen über eine Rezeptor-vermittelte Erkennung von Pathogen-abgeleiteten Signalen wahrzunehmen und dadurch Signaltransduktionswege zu initiieren, die komplexe Abwehr- P reaktionen aktivieren. Zu den daran beteiligten Prozessen zählen eine transiente Erhöhung der zytosolischen Kalziumkonzentration, die Aktivierung von Ionenkanälen und MAP-Kinasen, die Akkumulation von reaktiven Sauerstoffspezies und die Expression von Abwehrgenen. Mittels genetischer Mutanten-Screens und der molekularen Charakterisierung von MAPKSubstraten wurden in unserer Arbeitsgruppe Komponenten von Abwehr-Signalwegen identifiziert und funktionell charakterisiert. Ein Bespiel dafür ist die kürzlich erfolgte Identifizierung des pflanzlichen Lipooligosaccharid-Rezeptors. Diese Erkenntnisse können langfristig in der Landwirtschaft zur Herstellung von Pflanzen mit erhöhter Krankheitsresistenz oder auch in der medizinischen Biotechnologie angewendet werden. 51 Induced Pathogen Defense Heads: Sabine Rosahl & Dierk Scheel Group Members The oomycete Phytophthora infestans is 13 treatment. One of these genes is pre- formation, possibly by transporting su- the causal agent of late blight disease, dicted to encode an ABC transporter. Its berin monomers out of the cell. economically the most important potato expression is also enhanced after wound- disease worldwide. To elucidate resistance ing and infection with P. infestans. In contrast to potato, Arabidopsis is not mechanisms against this destructive Transgenic plants with reduced expres- a host plant for P. infestans. This nonhost pathogen, we are analyzing the success- sion of the ABC gene show a striking resistance is dependent on both pre- PhD Student ful induction of enhanced resistance in a morphological phenotype. While the and postinvasion resistance mecha- Marina Häußler susceptible potato cultivar, as well as aerial parts of the plants appear normal, nisms that successfully prevent coloni- Technician nonhost resistance of Arabidopsis thalia- tubers have a rough and corky surface. zation by P. infestans. A key player in pe- Franz Hoffmann na against P. infestans. Microscopic analyses revealed that the netration resistance is the atypical myro- cells of the tuber skin of ABC-RNAi sinase PEN2. Indole derivatives pro- The activation of plant defense respon- plants are collapsed and highly disor- duced by the PEN2 catalytic activity are ses depends on the recognition of pa- ganized (Fig. 1). A defect was also ob- supposed to be transported out of the PhD Student thogen-associated molecular patterns served in the exodermis and the endo- cell by the ABC transporter PEN3. Gene- Andreas Matern (PAMPs) by plant pattern recognition re- dermis of roots. These tissues are typical tic data indicate that the presence of PhD Student ceptors. The multicomponent defense suberin-containing tissues, suggesting these secondary metabolites in the apo- Linda Nietzschmann response activated after PAMP percep- that formation of this biopolymer is plast inhibits pathogen entry. tion is called PAMP-triggered immunity impaired in the transgenic plants. GC- (PTI) and contributes to pathogen resis- MS and UPLC- ESI-QTOF-MS analyses of To identify additional genes involved in tance. potato tuber skin, performed in collabo- nonhost resistance, a genetic screen ration with the group Metabolite Profi- was performed based on mutagenized Melanie Dobritzsch PhD Student Katrin Geißler Master Student Nadine Küster Guest Scientist Ramona Landgraf PhD Student Juliane Rausche PhD Student Paul Runge Bachelor Student Daniel Scheer Treatment of the susceptible potato cul- ling in Arabidopsis and Crop Plants, pen2 plants. Fourteen mutants were iso- Master Student Fig. 2. Tubers with reduced suberin levels suffer a greater water loss during storage than wild type tubers. The weight of control (grey bars) and StABCG-RNAi tivar Désirée with the Phytophthora indeed revealed reduced levels of su- lated which display an enhanced re- tubers (black bars) was determined at different days after harvesting. Ulrike Smolka PAMP Pep-13 results in strong local de- berin monomers. In accordance with the sponse to P. infestans inoculation (erp fense responses and in an enhanced re- water barrier function of suberin, trans- mutants). The gene affected in the erp2 sistance against subsequent infections. genic tubers are more prone to water mutant was identified by whole genome To elucidate mechanisms leading to this loss than control tubers, losing half their resequencing as EDR1 (enhanced dis- enhanced resistance, microarray analy- weight within three weeks of storage ease resistance 1), encoding a putative ses were carried out. More than 700 (Fig. 2). These results suggest that the MAPKKK. Loss of EDR1 function leads to genes are activated in response to Pep- ABC transporter is required for suberin an enhanced response to P. infestans in- Gerd Hause oculation, mediated by increased sali- University of Halle, Germany cylic acid signaling and callose deposi- Volker Lipka Technician Lore Westphal Senior Scientist Wu Yang Bachelor Student tion. We have thus identified EDR1 as a negative regulator for postinvasive non- Collaborators Peter Dörmann Paul Schulze-Lefert University of Bonn, Germany Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Cologne, Germany Sophia Sonnewald University of Erlangen, Germany University of Göttingen, Germany Detlef Weigel Felix Mauch Max Planck Institute for Developmental Biology, Tübingen, Germany University of Fribourg, Switzerland host resistance. ie wirtschaftlich wichtige Kraut- und Knollenfäule der Kartoffel wird durch den Oomyceten Phytophthora infestans verursacht. Um pflanzliche Abwehrmechanismen gegen P. infestans zu identifizieren, untersuchen wir die Interaktion des Pathogens mit seiner Wirtspflanze Solanum tuberosum und mit der Nichtwirtspflanze Arabidopsis thaliana. D Die Behandlung einer anfälligen Kartoffelsorte mit Pep-13, einem pathogen-associated molecular pattern (PAMP) aus Phytophthora, führt zu einer starken lokalen Abwehrantwort und zu einer erhöhten Resistenz gegen weitere Infektionen durch P. infestans. Eines der durch Pep-13 aktivierten Gene kodiert für einen ABC-Transporter, der für die Suberinbildung in der Kartoffelschale notwendig ist. Fig. 1. Identification of an ABC transporter required for suberin formation in potato tuber skin. In contrast to control plants (left panel), transgenic potato plants with reduced expression of suberin ABC transporter genes show defective tuber skin (right panel). Foto: Gerd Hause, University of Halle 52 In einem genetischen Screen wurden Mutanten der Nichtwirtspflanze Arabidopsis erhalten, die eine verstärkte Antwort auf die Infektion mit P. infestans zeigen. Eines der betroffenen Gene wurde durch Sequenzierung des Mutantengenoms identifiziert. Der Defekt in einem Gen für eine putative MAPKKK führt zu einer verstärkten Zelltodreaktion. Dies lässt auf eine Funktion des Proteins als negativen Regulator in der post-invasiven Phase der Nichtwirtsresistenz schließen. 53 Bioinformatics & Mass Spectrometry The annotation of interesting metabolites mental Research (UFZ), especially in the can also be directly integrated into the area of metabolite and small molecule Head: Steffen Neumann metabolite profiling data analysis. To- identification in the EU FP7 project SOLU- Collaborators gether with Dr. Gaquerel from the MPI for TIONS (http://www.solutions-project.eu/), chemical ecology in Jena, we created a which searches for new and improved Masanori Arita correlation network-based approach, tools, models, and methods to support National Institute of Genetics, Mishima, Japan Today, mass spectrometry is a key tech- which organises the initial peak lists into decisions in environmental and water Sebastian Böcker nology for metabolomics research. Due to related clusters. Thus, the in-source frag- policies. University of Jena, Germany immense technological advances in mass mentation peaks can be sent to MetFrag, spectrometry over the last years, the and the metabolites in the network neigh- amount and complexity of the data produced has been growing rapidly. We are Werner Brack Together with Dr. Schymanski, we started Helmholtz Centre for Environmental Research, Leipzig, Germany bourhood provide further biochemical the CASMI contest series: the Critical As- Ivo Große, Stefan Posch evidence. sessment of Small Molecule Identification. University of Halle, Germany We published challenge spectra, and in- Oliver Kohlbacher developing Open Source algorithms, databases and tools, which are required for Since environmental research and meta- vite the community to submit identifica- the analysis of metabolomics experiments. bolomics share many analytical and bioin- tion hypotheses for an unbiased com- formatics challenges, we initiated coope- parison of the available tools. Each CASMI For the software development we use dif- rations with Eawag, the Swiss Federal In- edition is held by a different local organi- ferent methods, such as the statistics en- stitute of Aquatic Science and Technolo- zation team with support by Emma Schy- vironment R and various Bioconductor gy and the Helmholtz Centre for Environ- manski and Steffen Neumann. packages. Other projects use Java, and the possibility to add user friendly web based interfaces. Compute intensive calculations are executed on the IPB cluster, which provides a number of local compute nodes, but also allows to move tasks University of Tübingen, Germany Takaaki Nishioka Graduate School of Agriculture, Kyoto, Japan Kazuki Saito Riken Plant Science Center, Yokohama City, Japan Susanna Sansone, Phillipe Rocca-Serra Oxford University, UK Canonical Variables (CV) are subsets of metabolites (blue) and genes (green) that are highly correlated. The experiment design (red) encodes experimental design factors, here a combination of the genetic, treatment and timepoint information. The first CV summarises the plant response to Phytophtora infestans infections (left), while the second CV is dominated by differences related to a particular genotype (right). Emma Schymanski Eawag, Dübendorf, Switzerland Christoph Steinbeck European Bioinformatics Institute, Hinxton, Cambrigde, UK into a public cloud where necessary. standards. The Bioconductor package mzR Since reference spectra are often expen- In all of the above developments, we have The first step in a metabolomics data pro- is the underlying data import layer for se- sive (both in consumables and chemicals, reproducible research and Open Data in cessing pipeline is the processing of sig- veral other packages. but even more so in manpower) to obtain, mind. The focus on scripted analyses al- reference libraries will never be covering lows to easily repeat all or individual steps. nals, to reduce complex chromatographic data into peak lists, and align several peak Multiple statistical methods can be app- as many compounds as can be found in We have contributed early feedback and lists from different samples into a data ma- lied to metabolomics – and also multi- general purpose compound databases. example data to the ISA (Investigation, trix. We are co-maintaining the successful omics – data sets, ranging from univariate Therefore, we are developing the MetFrag Study, Assay) tools and the Metabolights Bioconductor package XCMS, which is to multivariate approaches. Together with system. The tool uses the tandem mass metabolomics repository at the EBI. These downloaded about 12,000 times per year. researchers from the University of Halle, spectrum and the calculated mass of the efforts continue in the EU project COS- We also created the CAMERA package to we have extended canonical correlation compound as input to search chemical MOS (http://www.cosmos-fp7.eu/) on annotate ion species typically found in analysis (CCA) to allow the interpretation structure databases such as KEGG, Pub- electrospray ionization mass spectrome- of multi-omics datasets in the context of Chem or ChemSpider for matching mole- try (ESI-MS). These tools accept raw data experimental design. The statistical analy- cules. In cooperation with Dr. Brandt and from almost any mass spectrometer after sis of metabolomics experiments will re- the computational chemistry group we conversion to the open XML data format veal a number of interesting metabolites. improve the chemical feasibility of the mzML, or the Excel-compatible mzTab. For any further biological interpretation, it predictions. A user-friendly web applica- The specification, examples and imple- is required to identify their structure. tion is accessible at http://msbi.ipb- nity, organized in the Proteomics Stan- The processing and analysis of tandem source code under an open-source license dards Initiative. The IPB is continuously mass spectrometry is a key technology for local deployments. MetFusion is a contributing to and promoting the open for the identification of small molecules. strategy and system to combine the com- The IPB Halle is member of the MassBank pound hypotheses obtained by the com- consortium, the first open database of re- plementary MassBank and MetFrag identi- ference spectra. We develop an ecosys- fication approaches. This strategy com- tem of tools and workflows around bines the best of both worlds: the identifi- MassBank. The spectral database is an cation using spectral libraries if similar important resource for metabolomics spectra are available, and the huge chemi- researchers, but also the foundation for cal coverage of the compound databases Group Members Daniel Schober PhD Student Postdoctoral Scientist Carsten Kuhl Jan Stanstrup PhD Student Guest Scientist Susan Mönchgesang Hendrik Treutler PhD Student PhD Student the development of computational mass queried by MetFrag. Under certain as- Christoph Ruttkies Diana Trutschel spectrometry methods. The spectra are sumptions MetFusion can be expected to PhD Student PhD Student used to train and validate computational identify 2500 of the KEGG compounds in models. the top 10 among all PubChem candidates. 54 micS, where the IPB leads the work package for Data Standards. The goal is the development of efficient e-infrastructures in life sciences, that will help to boost the understanding of plants as complex biological systems. halle.de/MetFrag/, but we also provide the mentations were created by the commu- Michael Gerlich COordination of Standards in MetabOloAfter signal processing, network analysis clusters peaks into strongly connected subgraphs, and MetFrag is used to annotate possible metabolite identifications. ie Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit Datenbanken und Anwendungen für die Analyse von Metabolomicsdaten. Die Auswertungen werden in Java und der Statistiksprache R durchgeführt und durchgängig als Open Source zur Verfügung gestellt. D Der erste Schritt in der Verarbeitung von Massenspektrometriedaten ist die Signalverarbeitung, um die Rohdaten in einfache Peaklisten zusammenzufassen und zu annotieren. Die ursprünglich für Metabolitenprofile entwickelten Methoden haben wir auf die Verarbeitung von Tandem-Massenspektren (MS/MS) erweitert. Für die biologische Interpretation ist die Identifikation der Metabolite nötig. Das IPB ist Mitglied im MassBank-Konsortium und entwickelt die in-sillico-Methode MetFrag für die Fälle, in denen keine Referenzspektren existieren. Das neue Tool MetFusion integriert beide Ansätze. Im EU Projekt COSMOS arbeiten wir mit Partnern an der Etablierung einer effektiven E-Infrastruktur zur Speicherung und Analyse von Metabolomicsdaten und deren Integration mit weiteren -omics-Datensätzen aus den Lebenswissenschaften. 55 Metabolite Profiling in Arabidopsis and Crop Plants Head: Dierk Scheel Group Members Christoph Böttcher Postdoctoral Scientist Julia Göhricke Technician Siska Herklotz Master Student Sylvia Krüger Technician Sophie Nahrstedt PhD Student Stephan Schmidt Postdoctoral Scientist Nadine Strehmel Postdoctoral Scientist Collaborators Stephan Clemens University of Bayreuth, Germany During development and in response to variable environmental conditions, plants exhibit altered metabolite patterns. Among those low molecular weight compounds, the number and diversity of secondary metabolites is particularly high. These are known to play crucial roles in plant development, adaptation and defense. For sensitive detection, quantification and identification of the diverse spectrum of metabolites liquid and gas chromatography-coupled mass spectrometry (LC-MS and GC-MS) is employed in mostly non-targeted manner. In cooperation with the Bioinformatics and Mass Spectrometry group, versatile tools for data analysis and storage have been developed and made publicly available (see corresponding report). tography, the hyphenation of orthogonal analysis platforms such as LCMS and GC-MS and the setup of an GC/APCI(+)-QTOFMS analysis pipeline. As a result, more than 90 compounds of a representative root exudate sample of the Arabidopsis accession Col-0 were structurally characterized and 42 of them identified using an authenticated standard. With this knowledge, the genetic variability of plants’ root exudates was explored. Comprehensive metabolite profiling analysis of 19 Arabidopsis thaliana accessions showed that the root exudation pattern is to a large part genetically determined, which could be proven for selected compounds, such as 1-MeO-13CH2NH2 and didehydro di(coumaroyl)spermidine sulfate. Current research focused on biological objectives on the one hand (Fig. 1, panel A) and technical issues on the other hand (Fig.1, panel B). One central research activity was within the interdisciplinary SAW project Chemical communication in the rhizosphere. Here, innovative strategies for the identification of unknown compounds from complex metabolite profiles were applied. These target the compilation of accurate tandem mass spectrometry data, the application of on-line H/D exchange chroma- These data furthermore formed the basis for exploring changes in root and exudate metabolite patterns in response co-cultivation of Arabidopsis plants with Piriformospora indica or Rhizobium leguminosarum, as well as the altered root exudation pattern after limited nutrient availability using iron as an example case. Both microorganisms had a strong influence on the lignan, glucosinolate and coumarin pathway. Coumarins were identified as being essential for Fe(III) mobilization. A) Ulf-Ingo Flügge, Tamara Gigolashvili University of Cologne, Germany Erich Glawischnig Technical University Munich, Germany Barbara Ann Halkier University of Copenhagen, Denmark Joachim Kopka Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, Golm, Germany Carsten Milkowski University of Halle, Germany Silke Ruppel, Katja Witzel Leibniz Institute of Vegetable and Ornamental Crops, Großbeeren, Germany Paul Schulze-Lefert Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Cologne, Germany B) ährend der Entwicklung und als Reaktion auf wechselnde Umweltbedingungen verändern Pflanzen W das Muster ihrer Metaboliten. Unter diesen niedermolekularen Verbindungen sind insbesondere Anzahl und Diversität von Sekundärmetaboliten sehr hoch. Sie spielen eine wichtige Rolle in Ent- wicklungs-, Adaptations- und Abwehrprozessen. Für die sensitive Detektion, Quantifizierung und Identifizierung des Spektrums pflanzlicher Metaboliten wird Flüssigkeits- und Gaschromatographie-gekoppelte Massenspektrometrie (LC-MS, GC-MS) zumeist in ungerichteten Ansätzen eingesetzt. In Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe Bioinformatik und Massenspektrometrie wurden wichtige Werkzeuge zur Datenanalyse Fig. 1. Central research objectives of the metabolite profiling group. A) Main topics of the SAW project Chemical Communication in the Rhizosphere including microbial community dynamics, nutrient deficiency and genetic variability studies. B) Development of strategies for the identification of unknown compounds from complex metabolite profiles. und –speicherung entwickelt und öffentlich verfügbar gemacht. 56 57 Publications and other Activities of the Department of Stress and Developmental Biology Publications 2013 Frolov, A., Henning, A., Böttcher, C., Tissier, A. & Strack, D. 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These are ad- nate Function & Mycorrhiza (B. Hause) and Carotenoid Me- werden und das wichtigste Organ für den Austausch von Mine- grundlegende Fragen, die in unserer Abteilung beantwortet wer- dressed in the context of specific organs, tissues or cell types ral- und Nährstoffen zwischen Pflanze und Pilz in dieser mutua- tabolism & Mycorrhiza (M. Walter and A. Tissier). In the first den sollen, wobei insbesondere spezifische Organe, Gewebe listischen Symbiose darstellen. In der AG Jasmonatfunktion & and/or in the context of plant-microorganisms interactions. Me- group, this is done in the frame of a PAKT-project funded by the oder Zelltypen und/oder die Interaktion von Pflanzen mit Mikro- Mykorrhiza (B. Hause) werden hierbei im Rahmen des von der tabolites, whether they are defense or signaling compounds, are Leibniz Association entitled Chemical Communication in the organismen im Mittelpunkt stehen. Pflanzliche Metabolite – ob Leibniz-Gemeinschaft geförderten PAKT-Projekts Chemische delivered at specific places and times to fulfill their function. Rhizosphere. Here, the focus is on the early events of the inter- sie nun als Abwehr- oder Signalstoffe fungieren – werden an spe- Kommunikation in der Rhizosphäre die frühen Ereignisse der In- Within our Department, this space and time controlled biosyn- action. Transcriptomic and metabolomic approaches are imple- zifischen Orten und zu bestimmten Zeiten produziert, um ihre teraktion mittels Transcriptomics und Metabolomics-Ansätzen thesis and delivery of specialized metabolites is being investi- mented to identify specific molecules and associated pathways, Funktion zu erfüllen. Diese räumlich und zeitlich kontrollierte Bio- untersucht. Es sollen spezifische Metabolite einschließlich der gated in the context of a few model systems. which are induced in the plant root as it encounters the fungus. synthese und Freisetzung spezialisierter Metabolite wird anhand dazugehörigen Stoffwechselwege identifiziert werden, die die In the second group, the biosynthesis and function of carotenoid einiger Modell-Systeme untersucht. Pflanze in Reaktion auf die Anwesenheit vom Pilz produziert. In One such system, studied in the Research group Glandular cleavage products, particularly alpha-ionone derivatives, which Trichomes & Isoprenoid Biosynthesis (A. Tissier), is the secretory are specifically synthesized and accumulate in the arbusculated Ein solches System, das in der AG Glanduläre Trichome & Iso- korrhiza (M. Walter und A. Tissier) stehen Biosynthese und Funk- cells of the glandular trichomes. These specialized structures, cells, are being studied. It is speculated that these compounds prenoidbiosynthese (A. Tissier) untersucht wird, besteht aus tion von Carotinoid-Spaltungsprodukten, hierbei insbesondere located on the surface of the aerial parts of many plant species play a role in the turn-over of arbuscules, which are relatively den sekretorischen Zellen glandulärer Trichome. Diese speziali- die der Alpha-Ionon-Derivate im Fokus. Sie werden in Arbuskel- are able to deliver onto the leaf surface massive amounts of com- short-lived structures with a life span of only a few days. How sierten Strukturen, die sich auf der Oberfläche der oberirdischen haltigen Zellen der Wurzel gebildet und spielen wahrscheinlich pounds which may represent up to 15% of the leaf biomass and small molecules can control the development and differentiation Teile vieler Pflanzen befinden, können große Mengen verschie- eine Rolle im Turn-Over der Arbuskeln, die selbst nur kurzlebige represent a first line of defense against pathogens of herbivores. of organs, tissues and cell types is also a major interest of the re- dener Substanzen auf die Blattoberfläche abgeben, was bis zu Strukturen mit einer Lebenszeit von nur wenigen Tagen sind. Wie Because complete pathways are exclusively localized to these search group Jasmonate Function & Mycorrhiza. The jasmo- 15% der Blattbiomasse ausmachen kann und gleichzeitig die er- kleine Moleküle Entwicklung und Differenzierung von Pflanzenor- cells, they constitute a good system to elucidate their biosynthe- nates are well known for their role in the induction of defense ste Verteidigung einer Pflanze gegenüber Pathogenen und her- ganen, -geweben und -zellen steuern, ist eine Frage, die ebenfalls sis. This is done primarily by assembling collections of ESTs (Ex- processes, but they also have an important function in plant bivoren Insekten darstellt. Da hierbei vollständige Biosynthese- von der AG Jasmonatfunktion & Mykorrhiza beantwortet wer- pressed Sequenced Tags) and mining through those for candi- development, in particular for the differentiation of flower or- wege in einzelnen Zellen zu finden sind, stellen die glandulären den soll. Jasmonate sind bekannt für ihre Rolle in der Induktion date genes potentially involved in the pathways of interest on the gans. Comparative transcriptomics and metabolomics of flower Trichome ein gutes System dar, komplette Biosynthesen aufzu- von pflanzlichen Abwehrprozessen, sie haben aber auch eine basis of similarity to known enzyme classes. This approach has organs of wild type and jasmonate-insensitive mutants of toma- klären. Ausgehend von der Herstellung von EST (Expressed Se- Funktion in der Pflanzenentwicklung, wie z.B. der Entwicklung been used to elucidate sesquiterpenoid and diterpenoid path- to at different stages of development has revealed significant quenced Tags)-Kollektionen werden diese nach Kandidatenge- von Blüten. Vergleichende Transkriptom- und Metabolom-Analy- ways in tomato and tobacco, respectively. How these cells differences, which form the basis of a new model of flower organ nen anhand von Ähnlichkeiten zu bekannten Enzymklassen sen von Blütenorganen unterschiedlicher Entwicklungsstadien achieve such a high productivity is also a major focus of the differentiation. durchsucht. Dieser Ansatz wurde bereits erfolgreich zur Aufklä- von Wildtyp-Pflanzen und einer Jasmonat-insensitiven Mutante rung der Biosynthese von sesquiterpenoiden und diterpenoiden haben Unterschiede aufgezeigt, die die Basis für ein neues Mo- Reconstituting complex biosynthesis pathways of specialized Verbindungen in Tomate bzw. Tabak genutzt. Wie die sekretori- dell der Blütenorganentwicklung in Tomate darstellen. metabolites can be very helpful, not only to better understand schen Zellen der Trichome solch eine hohe Produktivität errei- In the research group Phenylpropanoid metabolism & Protein them, but also to develop alternative production systems for chen, ist ein anderer Fokus dieser Gruppe, wobei die Verbindung Die Rekonstitution von komplexen Biosynthese-Wegen spezifi- Biochemistry (T. Vogt), the biosynthesis and function of phenyl- high-value compounds either in plants or in microorganisms. To zwischen Primär- und Sekundärstoffwechsel untersucht wird. scher Metabolite ist nicht nur hilfreich für das bessere Verständ- propanoids is being investigated in flower organs. Specific phe- achieve this, highly efficient cloning strategies are required. Gol- nolamides and flavonoid glycosides are synthesized in the tape- den Gate is one such technology, which was developed by S. In der AG Phenylpropanoidstoffwechsel und Proteinbiochemie er, alternativer Produktionssysteme für wertvolle Substanzen in tum, another highly specialized tissue, and delivered onto the Marillonnet, leader of the research group Synthetic Biology. (T. Vogt) stehen Biosynthese und Funktion von Konjugaten der Pflanzen oder Mikroorganismen. Um das zu erreichen, sind surface of maturing pollen grains, where they occur both in sol- This modular cloning technology allows us to contemplate novel Phenylpropanoide im Vordergrund. Charakteristische Vertreter hocheffiziente Klonierungssysteme notwendig. Solch eine Tech- uble and insoluble forms. Although their function is still elusive, approaches for metabolic and signaling pathway engineering dieser Stoffe werden im Tapetum, einem anderen hochspeziali- nologie ist die Golden-Gate-Technik, die von S. Marillonnet (AG their occurrence across all higher plant species suggests an im- and this is already translated into collaborative projects both sierten Gewebe, synthetisiert und auf die Oberfläche reifender Synthetische Biologie) entwickelt wurde. Die modulare Klonie- portant fundamental role which is actively being searched for. within the Department and the Institute. group, by investigating the connections between primary and specialized metabolism. der anderen Gruppe, die AG Carotenoid-Metabolismus & My- nis dieser Wege, sondern ermöglicht auch die Entwicklung neu- Pollen abgegeben. Dort sind sie in löslicher, aber auch in gebun- rungstechnik ermöglicht es uns, neue Wege zu gehen, um meta- dener Form zu finden. Ihr Vorhandensein in allen höheren Pflan- bolische Wege und Signalketten zu konstruieren, was bereits zu Mycorrhizal arbuscules are other highly specialized cellular zen lässt auf eine wichtige, jedoch noch unbekannte Funktion in Kooperationsprojekten innerhalb der Abteilung, aber auch inner- structures, which are formed in the symbiotic interaction be- der Pflanze schließen, die aufgeklärt werden soll. halb des IPB führte. tween mycorrhizal fungi and the roots of higher plants. They 62 63 Collaborators Ulla Bonas, Gerd Hause University of Halle, Germany Albert Boronat, Albert Ferrer University of Barcelona, Spain Marc Boutry Université Catholique de Louvain, Belgium Harro Bouwmeester Glandular Trichome and Isoprenoid Biosynthesis Head: Alain Tissier head (Fig. 3). Using fluorescence acti- University of Wageningen, the Netherlands vated cell sorting (FACS) these stages Ric de Vos could be grouped into three fractions, Plant Research International, Wageningen, the Netherlands which are now being used for RNA-sequencing which will provide stage-specific transcriptome data. Jonathan Gershenzon Max Planck Institute of Chemical Ecology, Jena, Germany Armin Hansel Glandular trichomes are specialized or- University of Innsbruck, Austria gans protruding at the surface of many Homeostasis of Isoprenoids (H.I.P) is a plant species that are typically made of cooperative ERA-CAPS (www.eracaps.org) one or several stalk cells surmounted by 3-year project (2014-2016) funded by the Ulrich Schaffrath one or several secretory cells. The secre- DFG where we are investigating the sub- University of Aachen, Germany tory cells can produced large amounts of cellular localization of isoprenoid pathway Rob Schuurink a variety of compounds, which can be volatile, such as phenylpropanoid derivatives, mono- or sesquiterpenes, or non-volatiles, such as sugar esters or diterpenes. Glandular trichomes have attracted the attention of plant biochemists for a number of years for several reasons: the secretion of glandular trichomes has been shown in many instances to confer a protection against herbivore pests; in addition, the specialized biosynthetic pathways leading to the final products are often exclusively expressed in the glandular cells, facilitating their identification and characterization; finally, their high productivity makes them an interesting tar- Fig. 1: Biosynthesis of cisoid sesquiterpenoids in two accessions of the wild tomato Solanum habrochaites. Cisoid sesquiterpenoids are derived from Z,Z-farnesyl diphosphate (Z,Z-FPP). In accession LA1777, the sesquiterpene synthase SBS makes (+)-α-santalene and (+)-endo-β-bergamotene as main products (Sallaud et al., 2009). These are then oxidized to santalenoic and bergamotenoic acid. An aldehyde dehydrogenase which converts the aldehydes to the carboxylic acids was identified and characterized. Identification of the missing oxidation steps is in progress. In accession LA2167, the sesquiterpene synthase ZIS makes 7-epizingiberene (Bleeker et al., 2012). A single cytochrome P450 oxygenase was shown to oxidize zingiberene at 2 positions to make 4-hydroxy-zingiberene and 2,3epoxy-4-hydroxy-zingiberene. get for metabolic engineering. Due to ex- Fig. 2: Type VI glandular trichomes of the cultivated (Solanum lycopersicum) and wild tomato (S. habrochaites), viewed under fluorescence microscopy (top row) or electron microscopy. In the cultivated tomato the four glandular cells can be clearly distinguished in a four-leaf clover shape, whereas the trichomes of the wild species are round and contain a large cavity where metabolites can be secreted. enzymes in plants, potential interaction between proteins of the pathways, and Angelos Kanellis University of Thessaloniki, Greece University of Amsterdam, the Netherlands Ana Simonovic University of Belgrade, Serbia transport of isoprenoid metabolites within and outside the cell. Companies Yoram Eyal In TERPMED (www.terpmed.eu), a project financed by the European Commission (2011-2013), we have been investigating the biosynthesis of phenolic diterpenes Volcani Center, Bet Dagan, Israel Michael Hahn Elektrochemie Halle, Germany Klaus Pellengahr Organobalance GmbH, Berlin, Germany such as carnosic acid (CA) and carnosol Thomas Stölzel (COL) in rosemary (Rosmarinus officinalis) AB Sciex, Darmstadt, Germany In addition, one of our objectives is to un- and Greek sage (Salvia fruticosa). These derstand how the specialized secretory compounds have high antioxidant activi- to characterize subsequent steps. Several cells of the glandular trichomes achieve ties and have been shown to elicit anti- P450 monooxygenases could thus identi- their massive metabolic productivity. In oxidative pathways in neuron cells, mak- fied, which when expressed in yeast lead particular, we would like to uncover the ing them potential candidates for the to the production of carnosaldehyde and relationships between central metabolism treatment of neurodegenerative disor- carnosic acid. These results make it now tensive genetic and genomic resources, now made progress in elucidating the sub- tributes to an enhanced protection to- and the isoprenoid specialized pathways. ders. The diterpene synthases required possible to develop biotechnology-based Solanaceae species such as tomato (Sola- sequent steps of these pathways. A P450 wards insects. One important aspect is the For this, we performed a comparative ana- for the production of the miltiradiene pre- processes for the production of these num lycopersicum and related wild spe- monooxygenase from LA2167 could be architecture of the type VI glandular tri- lysis between leaves and glandular tricho- cursor were identified and we have begun antioxidant metabolites. cies) and tobacco (Nicotiana sp.) consti- shown to oxidize zingiberene to zingibere- chomes, where the terpenoids are pro- mes using transcriptomics, metabolo- tute a good model for the study of glan- nol and epoxy-zingiberenol, while a dehy- duced. We found that in S. habrochaites mics, 13C-labeling and proteomics. These dular trichomes. drogenase from LA1777 was shown to oxi- the four glandular cells are surrounded by data are being analyzed and will be used dize santalenal to santalenoic acid (Fig. 1). an extracellular envelope, giving it the ap- to build a metabolic model of the glandu- In its type VI glandular trichomes, the wild Other candidates are being characterized pearance of a ball, and furthermore that lar trichomes. tomato species S. habrochaites produces for the oxidation of santalene to santale- an intercellular cavity has developed be- a variety of sesquiterpenoids that confer nal. tween those cells, allowing the storage of In a project funded by the DFG, we are large quantities of secreted compounds also investigating the development and resistance against herbivore pests. Some accessions, like LA1777, produce santale- In addition to qualitative differences in its (Fig. 2). We designed a trichome score to differentiation of type VI glandular trich- noic and bergamotenoic acids, while oth- terpene profile with S. lycopersicum, S. convert this phenotype into a quantitative omes. Based on fluorescence and trans- ers (LA2167) produce derivatives of zin- habrochaites accumulates much larger trait, which is now being genetically dis- mission electron microscopy we could giberene. The sesquiterpene synthases quantities (mg/g fresh weight) of trichome sected using backcross populations be- define five distinct stages of late develop- were identified previously and we have derived compounds, a feature which con- tween S. lycopersicum and S. habrochaites. ment and differentiation of the trichome Group Members Fig. 3: Development stages of type VI glandular trichomes from the wild tomato S. habrochaites. Representative pictures of autofluorescence (top row) and light (bottom row) microscopy are shown. The scale bar (white) represents 10 μM. landuläre Trichome sind spezialisierte Organe auf der Oberfläche oberirdischer Teile vieler Landpflanzen. In ihren G metabolisch aktiven, sekretorischen Zellen produzieren sie Sekundärstoffe, die eine chemische Barriere gegenüber Mareike Asmer Carolin Bernholz Felix Lange Ulschan Scheler Bachelor Student PhD Student Bachelor Student Master Student & PhD Student Benedikt Athmer Kathleen Brückner Swanhild Lohse Eleni Spyropoulou Bioinformatics Scientist Postdoctoral Scientist Postdoctoral Scientist Guest Scientist Gerd Balcke Sabrina Gensichen Franziska Pröhl Romy Töpfer Postdoctoral Scientist Bachelor Student Master Student PhD Student dadurch gewonnenen Kenntnisse könnten zur Züchtung neuer Tomatensorten, die eine erhöhte Resistenz gegen herbivore In- Stefan Bennewitz Anja Henning Humberto Ramírez-Medina Sebastian Zabel sekten tragen, verwendet werden. Außerdem ist die Analyse des metabolischen Netzwerks dieser Zellfabriken von großem Postdoctoral Scientist Technician Postdoctoral Scientist PhD Student Nick Bergau Anna Kulma Petra Schäfer Master Student & PhD Student Guest Scientist Technician 64 Schädlingen darstellen. In Solanaceen, die unsere Modellpflanzen zur Untersuchung der Biosynthese und Entwick- lung von glandulären Trichomen ausmachen, sind Terpenoide die dominanten Produkte. In Tomaten wurde die Biosynthese von Sesquiterpen-Carboxysäuren sowie die Entwicklung und die Differenzierung von glandulären Trichomen untersucht. Die Interesse, insbesondere, um die Verbindungen zwischen primärem und sekundärem Metabolismus aufzuklären. Dies könnte die Pflanzen- oder Mikroorganismen-basierte Herstellung von Naturstoffen durch Metabolic Engineering deutlich verbessern. 65 Collaborators Salim Al-Babili King Abdullah University of Science & Technology, Thuwal, Saudi-Arabia Maria J. Harrison Boyce Thompson Institute for Plant Research, Ithaca, USA Carotenoid Metabolism & Mycorrhiza Juan Antonio López-Ráez Estación Experimental del Zaidín (CSIC), Granada, Spain Heads: Alain Tissier & Michael H. Walter Ralph Welsch University of Freiburg, Germany Company Carotenoids are 40-carbon molecules as- Alan Blowers Fig. 2: Sequence similarity tree of phy- sembled from C5 units, which can be tailored by oxidative enzymes to generate toene synthase (PSY) isoforms high- specific carotenoid cleavage products (apocarotenoids) with a variety of functions. Two phytohormones, abscisic acid (ABA) and strigolactones (SLs), derive from carotenoids after a single or a sequential double cleavage of their carotenoid precursors, respectively (Fig. 1). SLs are stress hormones exuded from roots upon nutrient starvation to promote the symbiosis with arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. use of the mtpt4 mutant unable to deliver lighting a novel, phosphate starva- phosphate through the periarbuscular tion- and AM-induced PSY3 clade arbuscule-degradation phenotype of this of dicots (orange background). The part by overproducing C13/C14 apocarote- green branch contains various PSY mizing root colonization of the mutant, membrane of arbuscules. The prematuremutant might be brought about at least in noids in arbusculated cells. Despite optiwe were unable to find differences to wild apocarotenoid accumulation. One expla- interconnections, the biological function paralogs including the drought-induced PSY3 class of their products, their evolution and how of monocots in- buscule degradation could be obtained in their biosynthesis is affected by a regula- volved in ABA biosynthesis (blue background). the mutant, which always had a variable The key interest of the group is in the elucidation of apocarotenoid pathways, their ted carotenoid precursor supply. The main focus is on glycosylated C13 α-ionol (formerly cyclohexenone) derivatives and C14 mycorradicin presumably derived from zeaxanthin (Fig. 1). These compounds are induced in root cells hosting fungal arbuscules. Arbuscules are dynamic entities, type mycorrhizal roots in terms of C13/C14 nation may be the fact that no uniform ar- number of residual mature arbuscules. However, we could show by immunolocalization that degrading arbuscules of the Fig. 1: Plant root apocarotenoid pathways starting from β-carotene and zeaxanthin. Current enzyme targets are indicated in yellow. Dedicated carote- truncatula based on their unique expres- aglycon provided by Bernhard Wester- sion in AM (MtUGT1, MtUGT2) as deduced mann (Department NWC) have so far C13/C14 biosynthetic enzyme of the MEP noid precursor formation appears to be managed through isoforms of carotenogenic enzymes, e.g. PSY3. from the Medicago Gene Expression Atlas. been unsuccessful in showing activity pathway (Fig. 3) as do wild type degrad- The genes were expressed in E. coli and and a glycosylated product. ing arbuscules (not shown). This implies which undergo constant degradation und mutant contain high levels of DXR, an that premature activity of a natural path- MtUGT1 recombinant protein was identi- re-emergence but the reason for their phosphate starvation and AM arguing for The modification of the C13 cleavage fied. However, assays with recombinant Approaching C13/C14 apocarotenoid func- way of arbuscule degradation brings transient nature is not understood. The their involvement in a regulated carote- product is still elusive. AM-inducible enzymes using synthetic C13 blumenol C tion from a different angle involved the about the mtpt4 phenotype. dynamics of arbuscules is investigated noid precursor supply to either C13/C14 or genes with sequence similarity to ABA2 with a focus on a still hypothetical role of SL biosynthesis or both. PSY3 gene from ABA biosynthesis (Fig. 1) have been C13 apocarotenoids in a plant-controlled knock-down in mycorrhizal hairy roots of identified guided by the hypothesis that degradation of arbuscules with poor mi- M. truncatula correlated with reduced their gene products might, in analogy to neral nutrient delivery to roots. Novel C13/C14 levels demonstrating an in vivo ABA2, convert a C13 product of zeaxanthin steps in C13/C14 and SL apocarotenoid bio- function in carotenoid precursor supply cleavage having a β-ionone ring configu- synthesis are to be elucidated (Fig. 1) to to this branch pathway. However, tomato ration, to the α-ionone ring found in C13 find new, more specific targets for path- PSY3 enzyme activity in vitro or in hetero- apocarotenoids. A tomato ABA2-like gene way tracking and manipulation. logous hosts is still under study. Interest- was cloned and expressed in zeaxanthin ingly, genes encoding PSY3-type iso- producing E. coli strains supplemented A novel isoform of phytoene synthase forms can be identified in most dicot by CCD1. Only when the ABA2-like se- (PSY3) encoding a key step of caroteno- genomes, but are absent from monocots. quence was inserted, the expected 3-oxo- genesis has been identified from tomato The dicot PSY3s form a novel, previously α-ionol compound was identified by LC- and Medicago truncatula. Its transcript unrecognized ancient clade of PSY genes MS. Moreover, mycorrhizal roots of trans- levels are exclusively up-regulated by with orthologous members. Other PSY genic tomato suppressed for ABA2-like isogenes, differentially expressed in expression exhibited reduced levels of C13 fruits and leaves and in monocot roots apocarotenoids, whereas C14 levels were Group Members are paralogs, which evolved more recently unaltered compatible with the proposed (Fig. 2). Stress-inducible isoforms like the biochemical function of this enzyme. Claudia Horn Kathrin Kowarschik dicot PSY3 co-regulated with down- Technician PhD Student stream catabolic steps might be compo- The final step to C13 apocarotenoid glyco- Artem Kamaev Ron Stauder nents of multi-enzyme complexes com- sides is predicted to be catalyzed by UDP- Master Student PhD Student mitted to apocarotenoid rather than to glycose-dependent glycosyltransferases. carotenoid formation. Two distinct UGTs were cloned from M. 66 Ball Horticultural, Chicago, USA Fig. 3: Immunolocalization of DXR (red), a carotenoid precursor biosynthetic enzyme, to a collapsed arbuscule (central structure, green) in the M. truncatula mtpt4 mutant. Overlay is on the left. arotinoide sind weitverbreitete C40-Verbindungen, aus denen enzymatisch spezifische Spaltungsprodukte (Apocarotinoide) entstehen können. Zu den Apocarotinoiden gehören die Phytohormone ABA (C15) und Strigolactone (C19) C sowie Sekundärstoffe, die in mykorrhizierten Wurzeln akkumulieren (C13 α-Ionol-Glycoside und C14 Mycorradicin). Die AG untersucht die Biosynthese und Funktion der C13/C14 Apocarotinoide im Kontext des gesamten Carotinoidstoffwechsels der Wurzel. Dabei sind Mykorrhiza-induzierte Isoenzyme der Carotinoidbiosynthese (PSY3) und Schritte der C13-Modifizierung aktuelle Schwerpunkte. Ferner wird eine noch hypothetische Funktion der C13-Apocarotinoide in einer Kontrolle des Abbaus von Pilzorganen (Arbuskel) durch die Pflanze in Abhängigkeit der Arbuskel-vermittelten Mineralstoffaufnahme der arbuskulären Mykorrhiza untersucht. 67 Collaborators Udo Conrad, Winfried Weschke Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben, Germany Philipp Franken Jasmonate Function & Mycorrhiza tion with J. J. Giovannoni, Boyce Thomp- Head: Bettina Hause the expression profiles from developing son Institute Ithaca, USA) and compared leaves (Fig. 3) of the JA-treated wild type (enhanced trichome number) with that of Institute of Vegetable and Ornamental Crops, Großbeeren/Erfurt, Germany James J. Giovannoni Cornell University, Ithaca, USA Peter Gresshoff University of Queensland, Australia Gerd Hause University of Halle, Germany Joachim Kopka Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, Potsdam-Golm, Germany Miroslav Strnad Palacký University Olomouc, Czech Republic jai1 (reduced trichome number). Among In nature, plants interact with numerous the differentially regulated genes, several microorganisms. Among them are benefi- putative transcription factors were identi- Finally, a collaborative project with W. cial fungi as well as pathogenic oo- fied and are now under functional charac- Weschke and U. Conrad (IPK Gatersleben) mycetes. Our work is focused on the ana- terization by transgenic approaches. was finished. Here, our experience in im- lysis of early responses of the model leg- munological detection of phytohormones ume Medicago truncatula to a symbiont (spores of the arbuscular mycorrhizal fungus [AMF] Rhizophagus irregularis) and to a pathogen (zoospores of the causal agent of root rot, Aphanomyces euteiches). We aim to identify symbiosis-specific changes in root exudates and root volatiles, but also in transcripts compared to that during co-cultivation with the patho- Fig. 1: Changes in the exudate pattern of M. truncatula roots after contact with soil-born microorganisms. A. Plants were cultivated in an aeroponic system for six weeks and either treated with spores of the pathogen A. euteiches (Ae), the AMF R. irregularis (Ri) or stayed non-treated (Co). B. Heatmap of LC-MS data of exudates of differently treated M. truncatula roots. Shown are compounds exhibiting at least 75 % abundance per treatment and an at least two-fold change (Oneway ANOVA, p≤0.05). gen. To analyze metabolic changes, M. truncatula plants were grown in an aeroponic cultivation system provided by the IGZ in Großbeeren, and then treated with either spores of the two microorganisms for 12 hours. LC-MS analyses of root exudates showed more than 90 and 70 sub- led to new insights into the putative func- cell-specific localization of JAs by develop- tion of abscisic acid (ABA) in endosperm ing a non-invasive detection method. In cellularization: ABA is abundant in early the first approach, we used promoters of non-elongated, but not in differentiated the highly JA-responsive genes of A. tha- cells of the nucellar projection. This is in liana to select JA-specific cis-elements for contrast to the maternally affected shrunk- the construction of a synthetic, JA-speci- en endosperm mutant seg8, where these fic promoter. In the second approach, a cells did not elongate and ABA remained new system utilizing artificial TAL effec- abundant. Additionally, bioactive forms of tors in combination with synthetic gibberellins (GAs, kindly measured by M. lated metabolites than wild type stamen promoter-reporter systems is under inves- Strnad, Olomouc) were strongly and tran- and showed an enhanced expression of tigation (in collaboration with RG Tissier). siently increased in wild type caryopses. ethylene-regulated genes. Additionally, Activity and specificity of both systems is This led to the conclusion that differentia- jai1 stamen exhibited a premature rise of monitored through GFP fluorescence in tion of the barley nucellar projection the ethylene precursor ACC starting at transient (Arabidopsis protoplasts, leaves might be driven by a distinct increase in that developmental stage when highest JA of Nicotiana benthamiana) and stable the ratio of GA to ABA, which is deregu- (Arabidopsis) transformation systems. lated in seg8. stances exuded at significantly higher lev- phenotype of the corresponding Arabi- gene expression studies, respectively. As level occurred in the wild type. All these els upon treatment with the AMF and the dopsis mutant, the tomato mutant jasmo- functional proof, jai1 plants were trans- data suggest a dual role of JA in stamen pathogen, respectively (Fig. 1). To gain nate-insensitive1 (jai1) is female sterile. To formed with the cDNA encoding PI-2 un- development: (i) a positive regulation of deeper insights into the response of ma- get deeper insights into the role of JAs in der the control of an ovule-specific pro- pollen nutrition at early development and ture root systems and to compare meta- tomato flower development, JA-related moter. Here, at least a partial rescue of (ii) at later stages, an inhibition of a pre- bolite pattern with transcriptional chan- gene expression and metabolite accumu- seed formation in jai1 plants points to an mature function of ethylene, which itself ges, the roots were additionally proces- lation in female and male reproductive tis- essential role of PIs and/or proteases in is a regulator of anther dehiscence and sed for transcript profiling. The analysis of sues was monitored. Among genes diffe- tomato female gametophyte develop- pollen release. these data sets will allow a comprehensive rentially expressed in ovules of all deve- ment. characterization of the early responses of lopmental stages were defense-related M. truncatula roots to symbiotic or patho- genes such as those encoding protease To investigate JA-function in tomato sta- plants are affected in the formation of genic soil-born microorganisms. inhibitors (PIs). Among the PIs, PI-2 is the men development, six developmental sta- glandular trichomes indicated by signifi- best characterized one. Its expression was ges of wild type and jai1 stamen were cantly reduced number of type-VI glandu- Jasmonates (JAs) are ubiquitously occur- not detectable in ovules of jai1 plants sug- compared starting with small flower buds lar trichomes on the leaf surface. In colla- ring plant signaling compounds formed in gesting a role of PI-2 in female fertility of up to open flowers (Fig. 2). Phenotypic ana- borative work with RG Tissier, we are inter- response to biotic and abiotic stress as tomato. To answer this question we com- lyses of jai1 showed disturbed pollen deve- ested to identify and characterize genes well as during development. Phenotypic pared developing ovules of wild type and lopment accompanied by increased sta- involved in JA-regulated induction of analyses of JA-insensitive mutants indi- jai1 plants in respect to programmed cell men desiccation at later developmental glandular trichomes. We used a transcrip- cated the involvement of JA in flower de- death and expression of ovule-specific ser- stages. jai1 stamen of these stages accu- tomic approach via RNA-seq (collabora- velopment. In contrast to the male sterile ine proteases by cytological methods and mulated higher levels of desiccation-re- Beside altered flower development, jai1 P Monika D. Arnold Susanne Forner Dorothée Klemann Kati Mielke Ramona Schubert Theresa Wießner Master Student PhD Student PhD Student PhD Student Franziska Grosch Yulong Li Tamás Monostori Master Student & PhD Student Master Student Chandan Chiniga Kemparaju Bachelor Student PhD Student, CSC Fellow Guest Scientist Hagen Stellmach PhD Student, Erasmus Mundus Fellow PhD Student Julian Dindas Master Student Figure 3: Glandular trichomes of the surface of a developing tomato leaf. A. Two-weeks-old tomato seedling; B. The youngest leaf of about 3 mm length used for analyses; C. Scanning electron micrograph of the youngest leaf showing different developmental stages of glandular trichomes. flanzen müssen auf verschiedenste Umweltfaktoren reagieren. Negative Auswirkungen haben z.B. der Befall durch Pathogene, während z.B. die arbuskuläre Mykorrhiza, eine mutualistische Symbiose mit Pilzen positiv auf die Pflanze Group Members 68 Another project focuses on tissue- and Figure 2: Schematic model of the role of jasmonates in stamen development of tomato. In developing stamen of early stages, increasing JA levels promote pollen nutrition and development. Later on, JAs inhibit premature rise of ethylene, which itself regulates positively anther dehiscence and pollen release. Ulrike Huth Juliane Lößner Maria Pogoda Technician Bachelor Student Bachelor Student Technician Diana Weier Postdoctoral Scientist Heena Yadav wirkt. Ein Schwerpunkt unserer Arbeiten ist die Analyse der Reaktion von Wurzeln von Medicago truncatula auf den Kontakt mit Mikroorganismen des Bodens. Die Charakterisierung von Exsudat- und Transkriptmustern soll Aufschluss geben, wie die Pflanze ein Pathogen vom Symbiont unterscheiden kann. Außerdem analysieren wir mittels zytologischer, biochemischer und molekularer Methoden die Rolle des Pflanzenhormons Jasmonsäure, das viele der pflanzlichen Antworten auf biotische und abiotische Faktoren vermittelt, aber auch Entwicklungsprozesse wie die Blüten- und Trichom-Entwicklung reguliert. Komplementiert werden diese Ansätze durch die Entwicklung von Methoden, die eine zell- und gewebespezifische Detektion von Jasmonsäure und Abscisinsäure ermöglichen. 69 Collaborators Mohammed Ali-Shtayeh BERC Research Center, Til, Nablus, Palestine Fernando Cotinguiba da Silva University of Rio de Janeiro, Brazil Andrej Frolov University of Leipzig, Germany Phenylpropanoid Metabolism & Protein Biochemistry The second project of the group is re- cation-dependent OMTs and can also be lated to enzymology of O-methyltrans- identified with only minor modifications in Head: Thomas Vogt ferases (OMTs) and in this case the func- the microbial and mammalian counter- tional characterization of CCoAOMT-like parts (Fig. 2). Mutation of the critical lysine enzymes, specifically the well-established 157 to an alanine changed the catalytic Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials, Halle, Germany and crystallized PFOMT from Mesembry- triad to a dyad. This resulted in a complete Bernd Ulber Previous work established the tapetum- anthemum crystallinum. In collaboration loss of enzyme activity towards the usual University of Göttingen, Germany specific biosynthesis of tris-hydroxycin- with the modeling group of Wolfgang catechol-like substructures of phenyl- Danièle Werck namoyl spermidine conjugates (HCAAs) Brandt (Dept. NWC) we have established a propanoids and flavonoids, with the ex- Centre national de la recherche scientifique, Strasbourg, France resulting in the accumulation of these new reaction mechanism for this type of ception of a 5,6,7-tris-hydroxylated A-ring compounds in the tryphine of Arabidopsis cation-dependent enzymes and de- system of the flavonol quercetagetin, the thaliana pollen grains. Promoter-GFP fu- scribed a previously undetected and high- native substrate of PFOMT in M. crystal- one of the essential amino acids for a con- sions confirm the presence of the tape- ly conserved catalytic triade Lys157-Asn181- linum. In this case, instead of the usual five served proton relay is eliminated, PFOMT tum-specific hydroxycinnamoyltranferase Asp228 required for enzymatic activity. different products, a single, unusual 5-O- can overcome this impaired activity by and the decorationg methyltranferase to Quantum mechanical calculations and methylated flavonol was detected, charac- switching to or maintaining an alternative be expressed in early stages of tapetum modeling data were confirmed by site- terized by a yellow fluorescence under UV- reaction mechanism at the expense of a development. A reduction or complete directed mutagenesis, replacing each A radiation. Besides the efficient formation limited, more specific product formation. loss of HCAAs is observed in knockout amino acid by alanine, which resulted in of an interesting natural product, this ex- Under natural condition this altered mutants of enzymes related to the phe- catalytic efficiencies three orders of mag- ample illustrates potential evolutionary chemotype could lead to a potentially nylpropanoid part as well as to the poly- nitude lower. Sequence comparisons re- consequences of a residual flexibility with- modified response in the interaction of the amine part of the pathway. Since HCAA- vealed that this triad is conserved among in a structurally severely constrained me- organism with its biotic or abiotic environ- bound spermidine makes up about 80% substrate specific and promiscuous plant tal-dependent enzyme type. Even when ments. Mwafaq Ibdah Newe Yaar Research Center, Ramat Yishay, Israel Matthias Menzel of the total polyamine (PA) level and these levels are virtually identical in various HCAA-knockout and knockdown lines, Fig. 2: Conserved amino acids Lys157, polyamine homeostasis appears to be controlled at the translation rather than at Asn181, and Asp228 in plant cation- the transcription level. Recent evidence confirmed that HCAAs are also incorpo- dependent OMTs (CCoAOMT-like rated and covalently bound to the pollen wall, preferentially by alkaline hydrolysable ester bonds, rather than by ether bonds. Since the overall aromatic composition of the pollen wall is also modified in HCAA-knockout plants, it remains to be seen how much the HCAAs essentially contribute to the rigidity and mechanical strength of the exine. These data are be- Fig. 1: Illustration of the two major pathways contributing to the pattern of soluble phenylpropanoids of the pollen coat. Abbreviations: AtTSM1, Arabidopsis thaliana tapetum specific methyltransferase 1; CHS, chalcone synthase; F3GT, flavonol 3-O-glucosyltransferase; FLS, flavonol synthase; MAT, methionine adenosyltransferase; PAL, phenylalanine ammonia lyase; SDT, spermidine disinapoyltransferase; SAMDC, S-adenosyl-L-methionine decarboxylase; SHT, spermidine hydroxycinnamoyl transferase; SPDS, spermidine synthase. R1/R2, OH or OMe. ing quantified in collaboration with the Fraunhofer Institute for Mechanics of Ma- tion of pollen specific flavonol α-1,2-lin- plants carrying a 3-O-glucosyltransferase terials (Halle). ked 3-O-glucosides (sophorosides) has knockout were selected and tested for fla- been elucidated. Two critical UDP-depen- vonol sophoroside accumulation on the Besides the HCAA-biosynthetic pathway, dent glucosyltransferases that result in exine of purified pollen grains. The result- a second pathway resulting in the forma- the formation of pollen specific kaempfe- ing data showed that pollen of this line rol and quercetion 3-O-sophorosides showed a drastic, yet not complete loss of have been identified. The genes have this type of flavonols in the pollen try- been cloned and the corresponding en- phine. Two independent phenylpropa- zymes functionally expressed in microbial noid pathways can now be attributed to systems. The sequential formation of the the tapetum cells, synthesizing the pollen Group Members Dominic Brauch Guest Scientist sophorosides was observed when either exine: HCAAs and flavonol sophoroside PhD Student & Postdoctoral Scientist quercetin or quercetin 3-O-glucoside, re- (Fig. 1). Although the biosynthesis of both Christian Görner spectively, were used as substrates. For- classes of compounds has been clarified, Bachelor Student mation of flavonol sophorosides was also some questions are still unresolved. For Stephan Grunewald observed in Nicotiana benthamiana in example, what kind of molecular signa- transient expression studies after cloning tures determine the specific role of both under a constitutive promoter and subse- types of compounds and why are these quent transformation of the plants with compounds universally distributed among Agrobacterium tumefaciens. Arabidopsis angiosperms? Christin Fellenberg Master Student Kerstin Manke Technician Markus Schmidt Bachelor Student 70 OMTs) contributing to the catalytic triad are marked with an arrow. From: Brandt, Manke, Vogt, Phytochemistry, doi:10.1016/j.phytochem.2014.12.018. ie Arbeiten zur Biosynthese und Funktion der Hydroxyzimtsäure-Spermidinkonjugate (HCCAs) in Antheren und Pollen D von Arabidopsis thaliana wurden um einen weiteren Phenylpropanbiosyntheseweg ergänzt. Arabidopsis-Antheren syn- thetisieren und Pollen akkumulieren auf ihrer Oberfläche neben den HCAAs eine Klasse spezifischer und ungewöhnlicher Phenylpropane, Flavonol α-1,2-verknüpfte 3-O-diglucoside, sogenannte Sophoroside. Diese werden sequentiell durch zwei spezifische Glucosyltransferasen synthetisiert, eine Flavonol 3-O-glucosyltransferase und eine pollenspezifische Flavonol-3-O-glucosid:UDP-glucose-1,2-glucosyltransferase. Beide Gene wurden identifiziert und durch heterologe Expression in Bakterien und Pflanzen hinsichtlich ihrer Substratspezifität funktionell eindeutig charakterisiert. Neben einem Beitrag der kovalent gebundenen HCAAs zur Festigkeit der Pollenwand sind weitere Funktionen sowohl für die HCAAs als auch für die Sophoroside als UV-Schutz oder als potentielle Antioxidantien denkbar, konnten aber experimentell noch nicht verifiziert werden. In einem zweiten Projekt haben enzymatische Arbeiten zur Funktion von Methyltransferasen in Zusammenarbeit mit der Abteilung NWC zur Identifizierung eines allgemein gültigen, neuen Reaktionsmechanismus, einer katalytischen Triade, im Falle pflanzlicher kationabhängiger Methyltransferasen geführt. Theoretische Berechnungen wurden am Beispiel des gut charakterisierten Enzyms PFOMT aus M. crystallinum durch positionsspezifische Mutationen und mittels Sequenzvergleichen belegt. 71 Synthetic Biology Fig. 3: Test of basic parts encoding 5'-untranslated sequences and N-terminal coding sequences fragments. The modules were cloned between the 35S promoter and the GFP gene in binary vectors, and transiently expressed in Nicotiana benthamiana cells by Agrobacterium-mediated delivery. The tested modules target the GFP protein to the chloroplast (1 and 2), the apoplast (3), the nucleus (4), the mitochondria (7), or simply add a fusion tag to the cytosolically located protein (5,6). U, tobacco mosaic virus 5'-untranslated sequence; chloro, chloroplast transit peptide; His, His tag; Amy SP, rice amylase signal peptide; SV40, nuclear localization signal; EK, enterokinase cleaving site sequence; CoxIV, yeast CoxIV gene mitochondrial transit peptide. Head: Sylvestre Marillonnet Plants are source of a large number of ments using a one-pot one-step assembly products useful to mankind, including reaction. This method, called Golden Ga- food, feed, fuel, building materials, and te cloning, does not require complicated medicinal substances. Current agricultural procedures such as gel extraction, and is practices needed to produce these are therefore easily automatable. An impor- however largely dependent on non-re- tant feature of synthetic biology is the use newable fossil fuel-based agrochemicals. of standard biological parts, DNA frag- Plant synthetic biology has great potential ments with a defined standard structure to improve agriculture by producing and with associated performance charac- plants that will require fewer fossil fuel-ba- teristics. Standardized DNA parts are use- sed agrochemicals for maximal growth ful to facilitate reuse of the parts in diffe- coli and Agrobacterium (Fig. 2). Vectors libraries of promoters for coordinated ex- for betanin biosynthetic pathway have and productivity. Synthetic biology could rent constructs, for sharing of parts with lower copy number should facilitate pression of the various genes. These li- previously been identified by research also be useful to generate plants that are between users, and for predicting the be- cloning and maintenance of large con- braries should provide a wide range of ex- groups from different institutions, includ- able to produce a wider range of chemi- haviour when several parts are assembled structs in both bacterial hosts. MoClo vec- pression levels to obtain an appropriate ing the IPB. Coexpression of all three cal compounds that may serve as a source in a larger construct. A DNA cloning sys- tors are not only restricted to plant expres- level of expression for each gene of the genes (a glucosyl transferase, a dioxyge- of a renewable feedstock for industry or tem for assembly of multigene constructs sion vectors. We are in fact continuously pathway. These promoters should also nase and a cytochrome p450) leads to for energy production. Synthetic biology from standard parts was developed ear- developing cloning vectors for expression share minimal homology between differ- high level of biosynthesis of betanin in Ni- may also be useful for engineering micro- lier based on Golden Gate cloning. This in other hosts, including for example E. ent members of the library to avoid re- cotiana leaves. These three genes are ne- bial strains for production of some plant modular cloning system (MoClo) allows a coli and yeast (in collaboration with the combination between different promot- vertheless not sufficient for biosynthesis secondary metabolites that cannot be user to assemble any multigene construct group of Alain Tissier in the Department). ers within the same construct. To achieve in heterologous hosts such as yeast. We produced economically in their native of choice using a series of one-pot assem- this goal, we are currently developing li- are currently trying to identify the last hosts. bly steps, starting from a library of se- The library of basic parts forms the base braries of promoters based on the TAL ef- missing gene of the pathway (coding for of a standardized DNA assembly system. fectors (in collaboration with the group of an an enzyme that is thought to convert Parts can be be shared and exchanged Alain Tissier in the Department). Such li- tyrosine to L-Dopa) in order to transfer the between all users of the cloning system. braries of level 0 modules will allow syn- entire pathway to heterologous hosts like At the same time, all users can also be chronized and orthogonal expression of yeast. contributors to the library of parts. Basic all genes of a biosynthetic pathway. quenced and characterized basic parts Our group has two main interests: (1) de- (level 0 parts, Fig. 1). velop tools to enable and facilitate plant synthetic biology, and (2) use of these MoClo is designed for assembly of multi- tools to reconstitute model biosynthetic gene constructs for plants. While sets of pathways in plants or microorganisms, or vectors for expression in plants are al- to develop artificial biosynthetic path- ready available, it is useful to continue to ways for biosynthesis of novel chemical develop new vectors that have different substances. specifications. For example, a series of binary vectors for Agrobacterium-medi- Development of tools for synthetic biology ated delivery to plant cells were made We have earlier developed a method to recently; these vectors differ by the ori- efficiently assemble multiple DNA frag- gins of replications for maintenance in E. Fig. 1: Basic biological parts cloned as level 0 modules are assembled in multigene constructs in several cloning steps. Each cloning step is based on Golden Gate cloning, a method that allows onepot DNA assembly of multiple DNA fragments. A first cloning step result in assembly of functional transcriptional units in level 1 constructs. Several transcriptional units can be further assembled in level 2, M or P multigene constructs, with constructs becoming progressively larger with each cloning step. Successive cloning steps are performed using different type IIS restriction enzymes and selectable markers. 72 Fig. 2: Test of binary vectors by transient expression in Nicotiana benthamiana leaves. A GFP construct under control of the 35S promoter was subcloned in 5 different binary vectors that replicate at different levels in E. coli and Agrobacterium. 1, level 2 vector, high copy in E. coli (ColEI ori), medium copy in Agrobacterium (PVS1 ori); 2, level M vector, high copy in E. coli (ColEI ori), medium copy in Agrobacterium (RK2 ori); 3, level P vector, medium copy in E. coli (p15a ori), medium copy in Agrobacterium (RK2 ori); 4, level P vector, single copy in E. coli (F1 ori), single copy in Agrobacterium (RiA4 ori); 5, Level 2 vector, F1 RiA4, single copy in E. coli (F1 ori), single copy in Agrobacterium (RiA4 ori). parts must follow defined specifications. For the MoClo system, parts should be Group Members flanked by two BsaI restriction sites in op- Reconstitution of biosynthetic pathways in heterologous hosts posite orientation, and not contains re- We are interested in identifying genes in- Technician striction sites for the enzymes BsaI, BpiI, volved in plant biosynthetic pathways of Kristin König and (optionally) BsmBI. Parts must be se- interest, and in assembling the complete quenced and characterized functionally. biosynthetic pathways in heterologous An example of parts made recently and hosts. One example is the biosynthesis of Collaborators tested functionally in Nicotiana benthami- betanin, a widely used natural food colo- Nicola Patron, Jonathan Jones ana leaves is shown in Fig. 3. rant extracted from red beet. Betanin is a Sainsbury Lab, John Innes Institute, Norwich, UK member of the betalains, a class of comSynchronized expression of multiple genes pounds that are found in members of the of a biosynthetic pathway requires having Caryophillales. Three of the genes required Ramona Grützner Master Student Werner Roos University of Halle, Germany m Fokus der Arbeitsgruppe steht die Entwicklung von Werkzeugen und Technologien für die Synthetische Biologie sowie deren Anwendung auf dem Gebiet des Metabolic Engineering in Pflanzen und Mikroorganismen. Grundlage unserer I Arbeiten ist ein von uns entwickeltes DNA-Montagesystem, das den Zusammenbau von Multigenkonstrukten aus standardisierten DNA-Abschnitten einer DNA-Bibliothek erlaubt. Durch die Konstruktion von Expressionsvektoren in verschiedenen Organismen, wie Pflanzen, Hefen und Bakterien, wird dieses DNA-Assemblierungssystem von uns stetig weiterentwickelt und optimiert. Darüber hinaus kreieren wir Bibliotheken mit einer Vielzahl von regulatorischen Sequenzen, wie Promotoren und Terminatoren, für die koordinierte Expression von verschiedenen Genen. Ziel dieses Verfahrens ist die Wiederherstellung von kompletten Biosynthesewegen in verschiedenen Organismen. So arbeiten wir zurzeit an der Entwicklung von Modell-Biosynthesen von Betalainen und Carotinoiden. 73 Publications and other Activities of the Department of Cell and Metabolic Biology Publications 2013 Brückner, K. & Tissier, A. High-level diterpene production by transient expression in Nicotiana benthamiana. Plant Meth. 9, 46. Frolov, A., Henning, A., Böttcher, C., Tissier, A. & Strack, D. An UPLC-MS/MS method for the simultaneous identification and quantitation of cell wall phenolics in Brassica napus seeds. J. Ag. Food Chem. 61, 1219-1227. Hilou, A., Zhang, H., Franken, P. & Hause, B. 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Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Biochemie und Biotechnologie, 16/10/2014. 75 Independent Junior Research Group Ubiquitination in Immunity Head: Marco Trujillo The overarching interest of our research is PUB22 became stabilized within minutes. to elucidate the molecular basis of ubiqui- Further analysis showed that PUB22 is tination and its function during plant-mi- highly unstable and mediates its own ubi- Collaborators crobe interactions. Plants are able to sense quitination. As a result, it is efficiently de- Jiri Friml environmental cues and respond to them graded by the 26S proteasome. We have rapidly and efficiently. Moreover, they are identified different types of kinases, which in constant interaction with microbes. interact with and phosphorylate PUB22 Cellular signaling triggered by the per- during the immune response. The charac- ception of pathogens requires the coordi- terization of these phosphorylation events John McDowel nation of a myriad of processes which cul- support a novel regulatory mechanism, Virginia Tech, USA minate in an appropriate activation of which relies on changes in autoubiquiti- Hirofumi Nakagami, Ken Shirasu immunity. Posttranslational modifications nation activity. RIKEN Center for Sustainable Resource Science, Japan Institute of Science and Technology, Austria Ingo Heilmann University of Halle, Germany Stefan Hoth University of Hamburg, Germany allow plants to rapidly respond to Patrick Schweizer pathogen infection and altered environ- The study of ubiquitinated proteins faces mental conditions. The attachment of ubi- many challenges. Some of these are: low quitin moieties, known as ubiquitination, is stoichiometry of ubiquitin, degradation of a key player in the orchestration of cellular modified proteins, as well as a rapid deu- responses and general plant physiology. biquitination. These problems are classi- Plants are constantly being challenged by Fig. 1: Ubiquitination cascade and its reconstitution by synthetic biology. A) Ubiquitination of a target protein (T) involves a sequential cascade of enzymatic activities. The ubiquitin-activating enzyme (E1) forms a thioester linkage with the ubiquitin (red). Next, ubiquitin is passed to a ubiquitin-conjugating enzyme (E2) again through a thioester linkage. The E2 carries the activated ubiquitin to the ubiquitin ligase (E3), which facilitates the transfer of the ubiquitin from the E2 to a lysine residue in the target protein. B) Generation of recombinant operons for the reconstitution of the ubiquitination cascade in bacteria. a wide array of pathogens, which can lead to yield losses in the case of infection. Consequently, survival depends on the plant’s ability to react as quickly and effectively as possible against the invading pathogen. Plants perceive an infection by means of plasma membrane localized receptors. After the perception of a patho- Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben, Germany Cyril Zipfel The Sainsbury Laboratory, UK cally addressed by the use of inhibitors nation cascade in bacteria is amenable for the 26S proteasome or deubiquitina- for easy up-scaling. This will render ubiq- ting enzymes. However, caveats of their use include the accumulation of highly processive substrates and the depletion of the cellular ubiquitin pool. Hence, to circumvent these limitations, we have started with the reconstitution of the ubiquitination cascade in prokaryotic systems which lack ubiquitin and therefore uitinated products accessible for massFig. 2: Engineering of a deubiquitination resistant ubiquitin. Ubiquitin (Ub) and the ubiquitin deubiquitination resistant (UbDR) variant were expressed in plant cells. The resilience of UbDR against cleavage can be observed as an increase in the total amount of ubiquitinated proteins. spectrometry or NMR analysis. Our aim is to develop a synthetic biology toolbox, which will enable our group and the scientific community to easily assay E3 activity and substrate ubiquitination. But most importantly, it will be instrumental in the engineering of custom made E3 lig- gen, a cascade of signaling events is trig- Our group identified a set of plant U-box quitin ligase substrates. Up to now we also all other enzymes involved in its me- gered to activate an immune response. type E3 ubiquitin ligases (PUBs) that con- have performed several large-scale high- tabolism. To reconstitute ubiquitination These signaling cascades must be tightly tribute to the attenuation of the immune throughput yeast two-hybrid screens we are employing a synthetic biology ap- tlenecks that obstruct the analysis of E3 proach we have engineered ubiquitin pro- regulated and ubiquitination is deeply response after pathogen perception. Our using different PUBs as bait. In prior work, proach. Through the use of the Golden function and substrate modification. teins that are resistant to deubiquitinating embedded in this process. work has highlighted for the first time the we were able to identify Exo70B2, a sub- Gate cloning method, we have generated importance of negative regulation in im- unit of the exocyst complex, which medi- large recombinant bacterial operons to In contrast to the classical in vitro ap- substrates. By including different tags, Ubiquitination is involved in most aspects munity. This process is pivotal to maintain ates vesicle tethering during exocytosis, express all components of the ubiquitina- proach to characterize E3 activity that on- these modified ubiquitins will facilitate of the regulation of immune responses. the physiological homeostasis of plants as a target of PUB22. This study showed tion cascade (Fig. 1B). This approach al- ly leads to spurious amounts of the modi- the mass spectrometric analysis of the Depending on the way that the ubiquitin and avoid growth disadvantages due to how ubiquitination of a component of the lows us to overcome several critical bot- fied proteins, the reconstituted ubiquiti- ubiquitin proteome (Fig. 2). moieties are linked to each other, tagged metabolic trade-offs and energetic penal- vesicular traffic machinery impacts on im- proteins are destined to one of several ties. mune signaling in plants. Novel identified possible fates, which include proteolysis, targets include central components of ases paving the way for biotechnological applications. Moreover, in a parallel ap- enzymes and therefore accumulate on flanzen befinden sich in ständiger Interaktion mit Mikroorganismen wie z.B. Bakterien, Pilzen und Viren. Um sich vor P endocytosis or changes in activity (Fig. In order to understand the underlying the endomembrane vesicle trafficking 1A). Ubiquitination is best known for me- mechanism of immune regulation, and which underline the unique position of diating the degradation of proteins via the how ubiquitination contributes to this re- PUB ligases in the regulation of plant Krankheitserregern zu schützen, haben Pflanzen Rezeptoren entwickelt, die diese erkennen und durch die Weiterleitung entsprechender Signale ins Innere der Zelle, diverse Abwehr- und metabolische Anpassungsmechanismen der Pflanze aktivieren. Die Ubiquitinierung spielt bei diesen Prozessen eine zentrale regulatorische Rolle. Durch die Verknüp- 26S proteasome. gulation, we are aiming to identify E3 ubi- adaption to stresses. fung des Ubiquitins mit bestimmten Zielproteinen werden diese innerhalb der Zelle ihrer weiteren Bestimmung zugeführt. Even though E3s are known to be respon- Unsere Gruppe befasst sich mit der Untersuchung der Ubiquitinierung in der Immunantwort mit Augenmerk auf deren regulatorischen Funktionen. Unsere Forschungen ergaben, dass spezifische Ligasen Komponenten des intrazellulären Vesikeltransports ansteuern und diese durch Ubiquitinierung regulieren. Darüber hinaus wird die weitere detaillierte Untersuchung Group Members sible for the specificity of ubiquitination, many questions remain unanswered re- Giulia Furlan Kathrin Kowarschick Chil-Woo Lee Nadine Tischer PhD Student Technical Assistant Research Associate Master Student garding the basis of ubiquitination, such Jörn Klinkenberg Roman Lassig Cecilia Martinez Marco Zietz as the mechanisms responsible for the Postdoctoral Scientist Postdoctoral Scientist Bachelor Student Master Student modulation of the E3 activity. We discov- der molekularen Mechanismen des Ubiquitinierungsprozesses durch Methoden der synthetischen Biologie angestrebt. Die Erforschung dieser Prozesse eröffnet die Möglichkeit, resistentere Sorten zu entwickeln und damit einen Beitrag zu leisten zur Erhöhung der Erträge und zur Sicherung der Nahrungsmittelqualität. ered that upon activation of immunity, 76 77 Independent Junior Research Group Protein Recognition and Degradation model system, we are using Arabidopsis development, flower induction, hypoxia thaliana, currently the best-understood response, possibly plant-pathogen inter- Head: Nico Dissmeyer plant organism, by combining genetics, action, and cell division. Most of these fac- cell biology and state-of-the-art bioche- tors are highly important traits in agricul- mistry. ture. To date, the underlying molecular wiring remained obscure. Molecular and functional analysis of protein recognition and degradation in plants The NERD is a proteolytic system target- Rationale Proteins belong to the fundamental ing substrate proteins with respect to Plant PQC is particularly interesting with equipment of each organism’s cell and their N-terminal residue and influences respect to e.g. stabilization or breakdown play crucial roles in numerous biochemi- their in vivo half-life. N-terminal basic, bul- of protein storage reserves in seeds and its cal and cell biological contexts. They are ky or hydrophobic side chains are recog- involvement in other aspects of plant only able to function properly if their nized by so-called E3 Ub-ligases followed growth and development. These enable abundance and shape are correct. Protein by ubiquitination (attachment of chains of seeds to germinate, grow and establish a folding is one of the major determinants the small protein modifier ubiquitin) and seedling. Noteworthy, the presence of The overall protein fold is a determinant eventually by proteasomal degradation. functional plant proteins becomes increa- NERD has a multitude of functions in ani- singly relevant from a bioeconomical point for proper protein function. Cellular mals and yeast but only few substrates of view as one of the premier storage units have been discovered. In plants, NERD is for energy and one hallmark of plant envi- protein quality control mechanisms even less understood and solely a small ronmental stress tolerance. Plant proteins class of transcription factors has been constitute the primary source of food for ensure the disposal of erroneous pro- identified as substrates with an important humans and feed for livestock and in form role in hypoxia response. In studied mo- of phytonutrients and renewable plant- teins or candidates which are „used up“. del systems, NERD functions include the based sources of energy. Besides that, A long-term goal is to understand the bio- control of chromosome segregation, DNA correct protein function is an important logical significance of plant PQC in the repair, apoptosis, meiosis, and diverse de- determinant for genetical engineering and context of development and biotechno- velopmental processes. In Arabidopsis, the production of proteins of medical logy by elucidating protein quality check- the primary cause for adverse protein Picture taken from Dissmeyer & Schnittger, The age NERD is associated with seed ripening, li- interest is emerging in plant biotechnol- points and proteostatic control with a folding in plants and leads to a reduction of protein kinases, pid breakdown and germination. More- ogy and mastering protein stability can im- strong focus on the plant N-end rule of the average yields for major crop plants Methods Mol Biol. 2011;779: 7-52. over, plant NERD regulates leaf and shoot prove faithful protein production in plants. pathway. N-end rule pathway of their stability and it is vital to know mechanisms of recognition and degradation of proteins that need to be destructed and how intracellular protein abundance is controlled. Biotic and abiotic stress stimuli like drought, salinity, extreme temperatures, heavy metals, pathogen infection and chemicals lead to osmotic and oxidative stresses. This may irreversibly damage proteins by misfolding during formation and thus compromise the entire cell. Abiotic stress is considered to be by more than 50% worldwide. Therefore, Phenotypes of Arabidopsis mutant plants compromised in protein quality control. it represents a serious threat to agriculture and also the environment. Our research aims to describe the biological integration of complex plant protein quality control (PQC), i.e. posttranslational networks ensuring proper protein gical substrates on a cellular and molecu- State of the art functionality. Separated into two major lar level. Special emphasis lies on one The proteome must be precisely guarded project cores, we aim to identify, charac- field of PQC, namely the N-end rule path- to function properly. This takes place on terize and functionally analyze novel en- way of targeted protein degradation the level of protein abundance (pro- zymatic components and their physiolo- (NERD) which is a part of the ubiquitin (Ub) teostasis) and by specialized PQC check- proteasome system (UPS). PQC is neces- point systems, e.g. NERD, which has the Group Members sary to respond to endogenous physiolo- capacity of targeted recognition and re- gical cues and to environmentally harsh moval of proteins that harbor specific destruction signals, so-called degrons. Wir erforschen einen Aspekt grundlegender molekularer Mechanismen der Erkennung und des Abbaus pflanzlicher Eiweißstoffe (Proteine). Proteine zählen zu den wichtigsten Bestandteilen aller lebenden Zellen und übernehmen verschiedenste essentielle Aufgaben, die von zellulären Bau- und Botenstoffen über Energiespeicher bis hin zu biochemischen Katalysatoren (Enzyme) reichen. Für die jeweiligen Funktionen sind vor allem die Menge und Konzentration der Proteine entscheidend Frederik Faden Stefan Mielke conditions. In plants, only little is known PhD Student Master Student about the portfolio of biological function Despite their clear involvement in cardinal Anne Kind Augustin Catalin Mot of PQC, although mutations in NERD or cellular functions, only few roles of plant Bachelor Student Postdoctoral Scientist protein misfolding pathway components NERD have been identified but this path- Maria Klecker Christin Naumann PhD Student PhD Student cause abnormalities through altered pro- way comprises a hierarchical cascade of Dieter Lange Pavel Reichman tein turnover and erroneous folding. They protein modifiers with multiple possible Master Student PhD Student are associated with physiological mal- levels of regulation. Carolin Mai Michaela Reißland functions, lead to severe diseases in mam- Master Student Research Assistant mals, improper responses to biotic and We have developed a transgenic in vivo Elisabeth Maluck Florian Sperling abiotic stress in plants, and adversely in- protein stability reporter system as a mo- Master Student Bachelor Student fluence cell proliferation, organ growth, lecular tool that allows screening for mu- and seed germination. tants defective in PQC. As experimental 78 Fig. 4: Our tools: artificial proteolytic substrates, which cause gradual decreasing levels of the protein of interest and eventually lead to conditional phenotypes. Pflanzliche Proteinqualitätskontrolle – Grundlagen der Erkennung und des Abbaus von Proteinen sowie deren dreidimensionale Form, ihre sogenannte Faltung. Nur, wenn diese Parameter genauestens kontrolliert und reguliert werden, können die zellulären Stoffwechselwege und weitere Funktionen korrekt ablaufen. Daher untersuchen wir die molekularen Wege, die dafür sorgen, dass fehlerhafte oder anderweitig zum Abbau bestimmte Proteine erkannt und degradiert werden und wollen die komplexen Netzwerke der pflanzlichen Proteinqualitätskontrolle funktionell analysieren. Das bedeutet herauszufinden, welche biologischen Funktionen sie letztendlich ausüben und mit welchen Problemen bei Fehlern (Mutationen) in denselben zu rechnen ist. 79 Interdepartmental Research Group Proteome Analytics Collaborators Head: Wolfgang Hoehenwarter Sacha Baginsky, Ingo Heilmann, Christian Schmelzer University of Halle, Germany Institute of Vegetable and Ornamental Crops, Großbeeren, Germany Gerold Beckers Wolfram Weckwerth University of Vienna, Austria nology to plant research. The abundance, University of Aachen, Germany activity and interactions of thousands of Yanmei Chen proteins are constantly changing. This is a China Agricultural University, Beijing, China Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben, Germany The Proteome Analytics research group brings state of the art proteomics tech- primary determinant of the plant phenotype. It is our goal to describe these intricate molecular dynamics in accurate detail and thereby understand plant proteome biology. The Proteome Analytics research group conducts a wide range of mass spectro- Fig. 1: Cutting edge mass spectrometry is used to identify peptides and proteins. vitro kinase assays or co-immunoprecipitation experiments. The same holds true for ubiquitylation. In a collaborative effort it was possible to map ubiquitylation on substrates relevant to hormone sensing and work is ongoing to enrich and meas- gether with scientists from in- and outside ment of cell wide changes in protein labeling (Fig. 3). Quantification of many of the IPB. The group collaborates closely abundance in response to genetic and/or thousands of proteins from a single sam- with colleagues on all aspects of phytolo- environmental perturbations are poten- ple in a reasonable time frame is a major gical studies from design to experimenta- tially the most powerful implementation step to realize the full potential of prote- tion, data analysis and interpretation of of functional genomics. We have con- ome research at the IPB. the results. Thus the group investigates ducted a series of large scale discovery the institute’s central research themes proteomics studies in an effort to under- Recently, targeted proteomics has re- from the perspective of conditional stand the genetic basis of the mechanism ceived much attention because it allows The importance of post translational mo- labeling, aluminum hydroxide metal oxide changes in the state of the totality of cel- underlying soil phosphate sensing in the researchers to selectively determine the dification (PTM) cannot be overempha- affinity chromatography (MOAC) enrich- lular proteins at one time. root. The total root protein extract of one abundance of sets of proteins with the sized. Reversible, multi-site PTM has as ment of phosphorylated proteins, trypsin Liquid chromatography (LC) on-line with week old lpr1lpr2, pdr2 and pdr3 null mu- highest accuracy, repeatability and sensi- much an impact on protein function as digestion and titanium dioxide MOAC en- high resolution accurate mass (HR/AM) tant Arabidopsis seedlings was repeat- tivity. We have optimized targets protein translation of the nascent polypeptide it- richment of phosphorylated peptides mass spectrometry (MS) is the research edly measured and quantified using label analysis using inclusion lists and retention self. Mass spectrometry is the ideal tech- from the phosphoprotein enriched frac- group’s core technology used to identify free quantification techniques following time scheduled parallel reaction monitor- nique for analysis of PTM because of the tion called Tandem MOAC. It was used to and quantify peptides and proteins. The phosphate deprivation. The observed re- ing (PRM) on the Orbitrap Velos Pro. Mea- mass shift incurred by covalent attach- detect and quantify phosphorylation of in group currently employs an Orbitrap Ve- modeling of the proteome together with surements of protein abundance were lin- ment of a chemical moiety and MS/MS vivo mitogen-associated protein kinase los Pro mass spectrometer and the acqui- quantitative transcript profiling points to- ear over three orders of magnitude with a peptide sequencing allows precise locali- (MPK) substrates upon MPK activation and sition of a QExactive Plus mass spectro- wards a complex interplay between soil Pi limit of quantification of 100 amol in 1 µg zation and quantification of site-specfic salicylic acid treatment in Arabidopsis. Also meter is planned in 2015 (Fig. 1). This in- content and iron availability in fine-tuning of Arabidosis thaliana total protein ex- PTM. strumentation complemented with the local root growth in response to limited tract. This led to a collaborative study best qualitative and quantitative analysis phosphate supply (Fig. 2). A similar inte- seeking to shed light on the identity of We have developed a quantitative two signaling such as tethering complexes, ki- software puts us in an excellent position grative -omics study was conducted on possible substrates of the N-end rule step procedure combining 15N metabolic nases and transcription factors following to operate at the cutting edge of prote- the leaf and trichome tissue of two toma- (NERD) pathway of protein degradation. ome science. to cultivars to better understand the mo- Protein degradation via NERD in plants is lecular mechanisms and function of tri- largely unexplored but it was shown to be chomes in light of primary metabolism. central to oxygen sensing and may also Because proteins are the functional end Katja Witzel functional or interaction studies such as in metry-based proteomics applications to- products of gene expression, measure- play a major role in ethylene signaling. ure site-specific ubiquitylation in vivo. Figure 2. Proteome remodeling following phosphate deprivation in Col-0 wild type and lpr1lpr2 and pdr2 knockout mutant genotypes. we mapped in vitro and in vivo phosphorylation sites on diverse proteins involved in Fig: 3. Multidimensional separation of proteins and peptides to achieve deeper coverage of the plant proteome. ie Arbeitsgruppe Proteomanalytik vereint modernste Proteomwissenschaft und Pflanzenforschung. Die hochauflö- D sende Massenspektrometrie ist die zur Proteinidentifizierung und Quantifizierung angewandte Kerntechnologie der Arbeitsgruppe. These studies identified around 5,000 Proteins bearing an N-terminal degrada- Group Members proteins each. Only recently it has be- tion signal called an N-degron were quan- come possible to quantify nearly the en- tified in NERD enzyme null mutant geno- Im Wesentlichen sind Proteine die funktionalen Endprodukte der Genexpression. Somit ist die quantitative Erfassung der MHD Rami Al Shweiki tire cellular proteome down to a copy types to detect degradation putatively Master Student number of less than 500 per cell from a downstream of NERD. Additionally, the Annegret Laub single sample in human cell lines. This is abundance of the flagellin receptor FLS2, the Proteome Analytics research group’s the most well characterized pathogen as- ultimate goal. We are currently working sociated molecular pattern (PAMP) recep- Veränderungen einer größtmöglichen Menge zellulärer Proteine in Folge genetischer oder umweltbedingter Störungen die bedeutendste Anwendung der funktionalen Genomik. Wir entwickeln Technologien, um die Abundanz vieler tausender Pflanzenproteine auf einmal zu messen. Als Pendant dazu wurden Targeted-Proteomik-Ansätze zur gerichteten Quantifizierung ausgewählter Proteine mit der höchsten Sensitivität, Genauigkeit und Wiederholbarkeit etabliert. In Zusammenarbeit mit Kollegen werden Techniken zur quantitativen Lokalisierung posttranslationaler Modifikationen an Proteinen entwickelt on establishing multi-dimensional protein tor in plant innate immunity was mea- identification technology optimized for sured and it’s degradation following flg22 plant tissue combined with 15N metabolic treatment confirmed. Research Assistant Petra Majovsky Technician Domenika Thieme Technician 80 Suayib Üstün und eingesetzt. So untersucht die Arbeitsgruppe die zentralen Fragenstellungen des IPB aus der Perspektive der Veränderungen der zellulären Proteine als Ganzes. 81 Publications and other Activities of the Junior Research Groups RG Ubiquitiniation in Immunity Publications 2013 /2014 Stegmann, M., Anderson, R. G., Westphal, L., Rosahl, S., McDowell, J. K. & Trujillo, M. The exocyst subunit Exo 70 B1 is involved in the immune response of Arabidopsis thaliana to different pathogens and cell death. Plant Signal. Behav. 8, e27421 (2013) Dörmann, P., Kim, H., Ott, T., Schulze-Lefert, P., Trujillo, M., Wewer, V. & Hückelhoven, R. Cell-autonomous defense, re-organization and trafficking of membranes in plantmicrobe interactions. New Phytol. 204, 815-22 (2014) Majovsky, P., Naumann, C., Lee, C.-W., Lassowskat, I., Trujillo, M., Dissmeyer, N. & Hoehenwarter, W. Targeted proteomics analysis of protein degradation in plant sig- naling on an LTQ-Orbitrap mass spectrometer. J. Proteome Res. 13, 4246–4258 (2014) Doctoral Thesis 2013 Stegmann, Martin: Identification of PUB22 targets and functional characterization in PAMP-triggered immunity. Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Fachbereich Biologie, 06/16/2013. Master Theses 2014 Tischer, Nadine: Identification of plant U-Box 22 E3 ubiquitin ligase-interacting ubiquitin-conjugating enzymes. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Biologie, 05/15/2014. RG Protein Recognition and Degradation Publications 2013 / 2014 Harashima, H., Dissmeyer, N. & Schnittger, A. Cell cycle control kingdom. Trends Cell Biol. 23. 345-356 (2013) Faden F., Mielke S., Lange D. & Dissmeyer N. Generic tools for conditionally altering protein abundance and phenotypes on demand. Biol. Chem. 395, 737-762 (2014) Majovsky, P., Naumann, C., Lee, C.-W., Lassowskat, I., Trujillo, M., Dissmeyer, N. & Hoehenwarter, W. Targeted proteomics analysis of protein degradation in plant signaling on an LTQ-Orbitrap mass spectrometer. J. Proteome Res. 13, 4246–4258 (2014) Bachelor Theses 2013 /2014 Kind, Anne: Charakterisierung der N-terminalen Amidasen NTAN1 und NTAQ1 in Arabidopsis thaliana. MartinLuther-Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Biochemie und Biotechnologie, 08/28/2013. Reißland, Michaela: Analyzing conditional expression of CDKA1 mutants in Arabidopsis thaliana. Martin-LutherUniversität Halle-Wittenberg, Fachbereich Biochemie und Biotechnologie, 11/20/2014. 82 Sperling, Florian: Etablierung eines ex vivo -Testsystems zum funktionellen Screening von Proteinstabilitätsreportern in Protoplasten. Martin-Luther-Universität HalleWittenberg, Fachbereich Biochemie und Biotechnologie, 09/24/2013. Master Theses 2013/2014 Lange, Dieter: Analysis and application of the temperature-sensitive N-degron in Arabidopsis thaliana. MartinLuther-Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Biochemie und Biotechnologie, 10/30/2014. Mai, Carolin: Stabilitätsuntersuchung des RPM1-INTERACTING PROTEIN 4 (RIN4) als bona fide-Substrat der N-Ende-Regel in Arabidopsis. Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Biochemie und Biotechnologie, 02/07/2014. Publications of the Interdepartmental Research Group RG Proteome Analytics Publications 2013 Černý, M., Kuklová, A., Hoehenwarter, W., Fragner, L., Novák, O., Rotková, G., Jedelsky, P.L., Žáková, K., Šmehilová, M., Strnad, M., Weckwerth, W. & Brzobohaty, B. Proteome and metabolome profiling of cytokinin action in Arabidopsis identifying both distinct and similar responses to cytokinin down- and up-regulation. J. Exp. Bot. 64, 4193-4206. Weckwerth, W., Wienkoop, S., Hoehenwarter, W., Egelhofer, V. & Sun, X. From proteomics to systems biology: MAPA, MASS WESTERN, PROMEX, and COVAIN as a user-oriented platform. In: Plant Proteomics (J. V. JorrinNoro, ed.) Humana Press. New York (Methods Mol. Biol; 1072) S. 15-27, ISBN 978-1-62703-630-6. Egelhofer, V., Hoehenwarter, W., Lyon, D., Weckwerth, W. & Wienkoop, S. Using ProtMAX to create high-massaccuracy precursor alignments from label-free quantitative mass spectrometry data generated in shotgun proteomics experiments. Nat. Protoc. 8, 595-601. Hoehenwarter, W., Thomas, M., Nukarinen, E., Egelhofer, V., Röhrig, H., Weckwerth, W., Conrath, U. & Beckers, G.J. Identification of novel in vivo MAP kinase substrates in Arabidopsis thaliana through use of tandem metal oxide affinity chromatography. Mol. Cell. Proteomics 12, 369-80. Publications 2014 Grimmer, J., Rödiger, A., Hoehenwarter,W., Helm, S. & Baginsky, S. The RNA-binding protein RNP29 is an unusual Toc159 transport substrate. Front. Plant Sci. 5, 258. Majovsky, P., Naumann, C., Lee, C.-W., Lassowskat, I., Trujillo, M., Dissmeyer, N. & Hoehenwarter, W. Targeted proteomics analysis of protein degradation in plant signaling on an LTQ-Orbitrap mass spectrometer. J. Proteome Res. 13, 4246–4258. Book Chapter 2014 Beckers, G. J. M., Hoehenwarter, W., Röhrig, H., Conrath, U. & Weckwerth, ,W. Tandem metal-oxide affinity chromatography for enhanced depth of phosphoproteome analysis. In: Plant Proteomics (J. V. Jorrin-Noro ed.) Humana Press. New York (Methods Mol. Biol., 1072) S. 621-632, ISBN 978-1-62703-630-6. Maluck, Elisabeth: Inhibition of the N-end rule pathway by reverse genetics. Martin-Luther-Universität HalleWittenberg, Fachbereich Biochemie und Biotechnologie, 12/11/2014. 83 Abteilung Administration und Infrastruktur Leiterin: Christiane Cyron Sekretariat: Caroline Stolzenbach 20 Prozent weniger Stromverbrauch Standort Halle eine Workshopreihe zur Führungskompetenz ins Ausbildung eine Personalrotation eingeführt. Durch diese Maßnahmen konn- Durch vereinte Anstrengung aller Mitarbeiterinnen und Mitarbei- Leben gerufen. Die Resonanz war so positiv, dass in Folge ähn- Das Institut bildet seit vielen Jahren Bürokaufleute, Fachinforma- ten viele Arbeitsabläufe optimiert und der Service in der Gärtne- ter des Instituts ist es in den Jahren 2013 – 2014 gelungen, den liche Workshops für den Führungsnachwuchs auch IPB-intern tiker, Chemielaborantinnen und -laboranten sowie Gärtnerinnen rei erhöht werden. Stromverbrauch um 20 Prozent (entspricht circa 200 T€ Einspa- angeboten werden. Dabei lernen junge Führungskräfte aus dem und Gärtner für Zierpflanzenbau aus. Nach Abschluss der Ausbil- rung p.a.) zu senken. Dabei spielt die Modernisierung der Kälte- wissenschaftlichen und administrativen Bereich nicht nur Füh- dung bietet das Institut mindestens einen einjährigen Arbeits- Hochwasser 2013 anlage zur Versorgung der Phytokammern eine herausragende rungsverhalten, sie erfahren auch voneinander über die unter- vertrag an; etlichen Auszubildenden konnte auch ein fester Vor eine geradezu abenteuerliche Herausforderung hat das Rolle. Durch die Modernisierung der Kälteanlage wird die Be- schiedlichen Anforderungen im wissenschaftlichen und admini- Arbeitsplatz angeboten werden. Ein Mitarbeiter, der im Institut Hochwasser der Saale das Institut im Frühsommer 2013 gestellt. triebssicherheit der Phytokammern erhöht und gleichzeitig der strativen Bereich. ausgebildet wurde, leitet heute eine Arbeitsgruppe im Bereich Die fast 150 Jahre alte Steinwand, die das IPB-Gelände zur Saale Administration und Infrastruktur. hin abstützt, wurde stark geschädigt. Was anfänglich nur nach Energieverbrauch gesenkt. Versuche mit energiesparender LED- einem größeren Reparaturvorhaben aussah, hat sich später als Beleuchtung bei der Pflanzenanzucht haben bereits zu einer Besonders gefreut haben wir uns darüber, dass sich in den Bachelorarbeit in der Abteilung Stoffwechsel- und Zellbiologie Jahren 2013 und 2014 in Folge jeweils eine Nachwuchswissen- Ausbau der Forschungsinfrastruktur des IPB politischer Balanceakt unter Einbeziehung einer Vielzahl von Äm- geführt. Derzeit wird überlegt, einen Drittmittelantrag zur Wech- schaftlerin des IPB für das Mentoring-Programm der Leibniz-Ge- Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern und Koopera- tern der Stadt Halle entpuppt. Bis zum Sommer 2015 wird die selwirkung zwischen verschiedenen Spektren der LED-Beleuch- meinschaft qualifizieren konnte. Eine weitere Wissenschaftlerin tionspartnern des Instituts steht eine hervorragende For- Stützwand mit 1,4 Mio Euro aus dem Hochwasserfonds des Bun- tung und dem Wachstum von Versuchspflanzen zu stellen. wurde in das Young Leaders in Science - Programm der Schering schungsinfrastruktur zur Verfügung. Im Berichtszeitraum konn- des saniert. Anschließend wird die Stadt Halle den Saaleradwan- Stiftung aufgenommen. ten ein UHPLC-gekoppeltes Hochleistungsmassenspektrometer, derweg sanieren. Förderung der Beteiligung an EU-Drittmittelprojekten ein GC-Triple Quadrupole MS, ein Massenspektrometer QTrap, Im 7. Forschungsrahmenprogramm wurden bzw. werden am IPB ein GC-Massenspektrometer, ein Phosphorimager, diverse vier Projekte durch die EU gefördert. Erfolgreich abgeschlossen HPLC- und UPLC-Systeme und Fluoreszenzkameras für die Mi- sind TERPMED (SZB) und BIONEXGEN (NWC), zurzeit laufen Betei- kroskopie erworben werden. Die Investitionen wurden teilweise ligungen an den Projekten COSMOS und SOLUTION (beide Bio- durch EFRE-Mittel unterstützt. informatik). Für das Programm Horizon 2020 liegen bereits Anträge für PhenoMenAl (Bioinformatik) und NaProSiNano (NWC) vor. Sonstige Ressourcen Bei der Beantragung und Abwicklung der Projekte arbeiten die Beim wirtschaftlichen Einsatz der Sachressourcen des Instituts Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts eng mit spielen, neben dem Energieverbrauch, das Bibliotheksbudget, der entsprechenden Ansprechpartnern im administrativen Bereich Chemikalienverbrauch und die Bewirtschaftung der Anzuchtflä- zusammen. Seit Anfang 2014 wird die Zusammenarbeit zusätzlich chen eine wichtige Rolle. durch eine Referentin für Forschungsförderung unterstützt. Im Berichtszeitraum wurde für den Bezug eher selten nachge- Zentrale Sicherung der Forschungsprimärdaten fragter Online-Zeitschriften ein Prepaid-System eingeführt, das Zur Umsetzung der Regeln der DFG zur Sicherung guter wissen- im Vergleich zum Vollabonnement den kostengünstigeren Ein- schaftlicher Praxis, wonach Forschungsdaten mindestens über zelbezug von Zeitschriften ermöglicht. einen Zeitraum von zehn Jahren nach ihrer Veröffentlichung auf- 84 zubewahren sind, wurde ein zentraler Datenspeicher eingerich- Nicht mehr benötigte Chemikalien des Instituts werden in einer tet, auf dem die Forschungsprimärdaten des Instituts gespei- Chemikalienbörse für die Wiederverwendung vorgehalten. chert werden. Die Forschungsprimärdaten stehen damit langfris- Durch eine bauliche Umstrukturierung der Lagerflächen des In- tig zur Überprüfung, aber auch für weitere Arbeiten interner stituts konnten die Flächen der Chemikalienbörse erweitert wer- oder externer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zur Ver- den und gleichzeitig eine höhere Sicherheit für die Lagerung von fügung. chemischen Standardprodukten erreicht werden. Führungskompetenz des wissenschaftlichen und administrativen Nachwuchses Der wachsenden Nachfrage nach Anzuchtflächen im Rahmen Schwere Maschinen werden zur Sanierung der alten Stützmauer größerer Forschungsprojekte wurde durch eine veränderte Be- aufgefahren. Mit riesigen Verpresspfahlankern wird das alte Zur Förderung und Vernetzung junger Wissenschaftlerinnen wirtschaftung der Flächen begegnet. So wurden bisher getrennt Gestein im dahinter liegenden Porphyr befestigt. wurde in Kooperation mit den anderen Leibniz-Instituten am bewirtschaftete Gewächshausflächen zusammengelegt und 85 Mitarbeiter der Abteilung Administration und Infrastruktur 2013 / 2014 Personal Gärtnerei Leiterin: Kerstin Balkenhohl Projektleiterin Innen: Petra Jansen, Anne-Kathrin Ekelmann Projektleiterin Außen: Dagmar Martin Claudia Haferung Alexander Bergter (bis Juli 2013) Marco Lindemann (bis Juli 2013) Alice Bühring (bis August 2014) René Pietzner (bis Oktober 2014) Thomas Franz Caroline Stolzenbach Aileen Jedemann (bis Juli 2013) Christian Müller Finanzen Personalübersicht des IPB 2013 / 2014 2013 2014 Anzahl der Mitarbeiter/innen zum Stichtag 31.12. 186 178 Wissenschaftler/innen davon Frauen 113 45 104 37 Anteil der Vollbeschäftigten in % 55 56 Frank Noack Leiterin: Barbara Wolf Philipp Plato Anja Bahr (bis Oktober 2013) Caroline Schwenzer (bis Mai 2014) Maike Langlhofer Sabine Voigt Anteil der Teilzeitbeschäftigten in % 45 44 Elisabeth Sens (bis Juni 2014) Gebäude und Liegenschaften Anzahl der Planstellen 91 91 Andrea Walter Leiterin: Heike Böhm Beschäftigungspositionen Haushalt 29 32 Über Drittmittel finanzierte Positionen 45 33 Anteil der weiblichen Beschäftigten insgesamt in % 52 51 Fluktuationsrate in % 23 19 Durchschnittsalter der Beschäftigten in Jahren 36 36 im kaufmännischen Bereich in der Gärtnerei im Bereich der Systemadministration 7 2 4 1 6 2 3 1 Erfolgreiche Berufsabschlüsse 3 0 Anzahl der Gastwissenschaftler (inkl. Stipendiaten) im Jahresdurchschnitt 18 28 Anzahl der studentischen und wissenschaftlichen Hilfskräfte im Jahresdurchschnitt 45 36 Tanja Pareis Carsten Koth Einkauf Michael Kräge Leiterin: Rosemarie Strassner Felix Ölke (bis Dezember 2014) Klaus-Peter Schneider Alexandra Burwig Catrin Timpel Melanie Rasch Eberhard Warkus Clemens Schinke Auszubildende Information und Dokumentation Tobias Abe / Fachinformatiker Leiter: Christoph Kupiec Nadine Dally / Bürokauffrau (bis Januar 2013) Andrea Piskol Frances Hintsche / Bürokauffrau Elisabeth Lenart / Bürokauffrau (bis Juni 2013) Chemikalienlager Leiter: Martin C. N. Brauer Juliane Mewes / Chemielaborantin (bis Januar Berufsausbildung 2013) Max Mittelstädt / Bürokaufmann Nils Mosch / Gärtner Geräteservice und IT Tanja Pareis / Bürokauffrau (bis Juni 2013) Leiter: Tino Körner Lucas Teschner / Gärtner Holger Bartz Kevin Vollmann / Gärtner Robert Cremer (bis Juni 2013) Christin Wenke / Gärtnerin Ronald Scheller 86 87 Budget 2013 / 2014 Ausgaben Drittmittel 2013 / 2014 2013 TEUR 2014 TEUR Grundfinanzierung Einnahmen nach Zuwendungsgeber 2013 TEUR % 2014 TEUR % Personalausgaben 6.251 6.424 Bund 74 3 54 2 Sachausgaben 3.654 3.428 DFG/ NV 298 13 378 16 656 569 DFG/ SFB 308 14 368 16 DFG/ SPP 143 6 239 10 Zuweisungen/ Zuschüsse Investionen davon EFRE-Mittel Zwischensumme 2.822 549 13.383 2.092 113 Sachausgaben Investionen Zwischensumme EU 12.513 Das IPB wurde im Jahr 2014 aus Drittmittelfinanzierung Personalausgaben DFG/ Era Net 1.460 1.463 301 306 30 238 1.791 2.007 Sonstige Mittel der Bund-/Länderfinanzierung mit Zuwendungen in Höhe von 14.047 TEUR gefördert (2013: den für das Jahr 2014 im Umfang von 2.300 TEUR eingeworben (2013: 2.247 TEUR). 107 143 Sachausgaben 177 39 Zusätzlich standen 2014 sonsti- 9 5 ge Einnahmen (Vermietungen, 293 187 15.467 14.707 Zwischensumme Gesamtsumme 0 48 2 13 122 5 29 Land 210 9 656 Leibniz-Wettbewerb 440 20 56 2 69 3 112 5 Sonstige (DAAD, Stadt Halle, Mitgliedsbeiträge) Stiftungen 74 3 132 6 Wirtschaft 345 15 135 6 2.247 100 2.300 100 13.414 TEUR). Drittmittel wur- Personalausgaben Investionen 0 286 Zwischensumme Kassenbestand Vorjahr Gesamtsumme 504 455 2.751 2.755 Lizenzen, u.a.) in Höhe von 65 TEUR (2013: 85 TEUR) sowie Kassenreste aus dem Vorjahr zur Verfügung. Investitionen 2013 TEUR 2014 TEUR Geräteinvestitionen gesamt davon institutionell davon EFRE-Mittel davon sonstige Mittel 2.456 2.447 411 9 1.805 1.800 79 5 Bauinvestitionen gesamt davon institutionell davon EFRE-Mittel davon Fluthilfefonds Summe 88 405 375 138 30 530 292 34 238 2.861 2.335 DAAD Deutscher Akademischer Austauschdienst DFG/ NV Normalverfahren der DFG DFG/ SFB Sonderforschungsbereich der DFG DFG/ SPP Schwerpunktprogramm der DFG DFG/ Era Net Zusammenarbeit zwischen nationalen und regionalen Forschungsförderorganisationen bzw. Programmagenturen EU Europäische Union Land Bundesland Sachsen-Anhalt 89 Nationale und internationale Forschungsverbünde Mitwirkung des IPB als Koordinator oder Partner in diesem Bereich zu setzen und zu fördern. Ansprechpartner am Wittenberg, das IPK Gatersleben und das IPB. Mitarbeiter des IPB IPB: Dr. Steffen Neumann sind an drei Teilprojekten beteiligt. SOLUTIONS: Solutions for present and future emerging pollu- RADAR – Research Data Repositorium tants in land and water resources management lung und Etablierung einer Infrastruktur das mit neuen Methoden, Modellen und für die langfristige und nutzbare Archivierung von Forschungs- Folgende drittmittelfinanzierte Forschungsverbundprojekte bury Laboratory, Cambridge University (Großbrittanien) und die Instrumenten die Aufstellung von zukünftigen Richtlinien für daten verschiedener Fachbereiche. Das IPB ist maßgeblich an werden vom IPB koordiniert oder wurden vom IPB mit gegrün- Latvia University of Agriculture (Jelgava, Litauen). Wasser und Umweltschutz unterstützen will. Das Ziel ist es, Lö- der Entwicklung eines fachübergreifenden Metadatenschemas sungen für den Schutz der europäischen Gewässer vor gefährli- beteiligt und überprüft anhand von eigenen NMR-Daten in Test- chen Chemikalien zu entwickeln. Das Konsortium besteht aus 39 läufen die Funktionalität des Systems während der gesamten det. ERA-CAPS: H.I.P. - Homöostase von Isoprenoiden in Pflanzen 1. Leibniz-Projekte Lokalisation und Transport von Isoprenoiden Organisationen aus 17 Ländern und wird vom Helmholtz-Zent- Entwicklung. Neben dem IPB ist die Technische Informationsbi- Leibniz Research Cluster (LRC): Bio-/ Synthetische multifunk- in verschiedenen Zellkompartimenten ste- rum für Umweltforschung (UFZ) koordiniert. Ansprechpartner bliothek (TIB) Hannover, das Leibniz-Institut für Informationsin- tionale Mikro-Produktionseinheiten - Neuartige Wege zur hen im Fokus dieses Verbundes. Die Erfor- am IPB: Dr. Steffen Neumann und Christoph Ruttkies frastruktur (FIZ) Karlsruhe, das Karlsruher Institut für Technologie Wirkstoffentwicklung schung der Isoprenoide erfolgt anhand von (KIT) und die Fakultät für Chemie und Pharmazie der Ludwig- 2. BMBF-Projekte In diesem Leibniz Research Cluster fin- glandulären Trichomen aus Kultur-, Modell- den sich Wissenschaftler aus fünf Leib- und Wildpflanzen. Isoprenoide spielen als Vorläufer der pflanz- Biohealth: Pflanzliche Biodiversität Indonesiens und mensch- Ansprechpartner am IPB: Dr. Filipe Furtado, Dr. Andrea Porzel niz-Instituten zusammen, um ihre Exper- lichen Terpenoide nicht nur für die Pflanze eine wichtige Rolle; liche Gesundheit und Prof. Ludger Wessjohann. Maximilian-Universität in München am RADAR-Projekt beteiligt. tise zu bündeln und an biotechnolo- sie werden auch vom Menschen als Pharmazeutika, Duft- und Ziel des Projektes ist es, natürliche Sub- gischen Methoden für die Produktion von Wirkstoffen zu for- Aromastoffe, Insektizide oder Spezialchemikalien genutzt. Ziel stanzen in indonesischen Pflanzen und DFG Graduiertenkolleg 1591 – Posttranscriptional control of schen. Der LRC wird bis 2020 vom Bundesministerium für des Projektes ist es, die Produktion industriell relevanter Iso- Pilzen zu finden, deren antiinfektive Wir- gene expression: mechanisms and role in pathogenesis Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative Nächste prenoide innerhalb der Pflanze zu steigern. Die Partner des IPB kung sie zu potentiellen Kandidaten für Im Rahmen des GRK 1591 erhalten Generation biotechnologischer Verfahren - Biotechnologie 2020+ sind das Volcani Center ARO (Israel), die Université catholique die Entwicklung neuer Arzneimittel macht. Das Projekt wird für im Schnitt etwa 12 Stipendiaten von mit 5,5 Millionen Euro gefördert, dem ein analoger Beitrag der de Louvain (Belgien) und die Universität Amsterdam (Nieder- 3 Jahre vom BMBF gefördert. Kooperationspartner und Koordina- Wissenschaftlern der Martin-Luther- Leibniz-Institute gegenübersteht. Beteiligt am Verbundprojekt lande). Ansprechpartner: Prof. Alain Tissier tor ist die Universität Leipzig. In Indonesien erfolgt eine Zusam- Universität und des IPB eine inter- menarbeit mit dem Indonesischen Institut für Wissenschaften disziplinäre Betreuung bis zur Pro- sind neben dem IPB das Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (HKI) als Sprecher des LRC, das Wichtiger Partner ist das IPB an folgenden drittmittelfi- (LIPI) und der Landwirtschaftlichen Universität Bogor. Ansprech- motion. Die Themenfelder decken Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften (ISAS) in nanzierten Forschungsverbundprojekten partner IPB: Prof. Ludger Wessjohann biochemische bis zellbiologische (IPF) und das Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) in 1. EU-Projekte 3. DFG-Projekte Pflanzenforschung ab. Das IPB ist unter Leitung von Dr. Selma Saarbrücken. Ansprechpartner: Prof. Ludger Wessjohann und PhenoMeNal: Eine umfassende und standardisierte E-Infra- Schwerpunktprogramm SPP1374 - Biodiversitätsexploratorien: Gago Zachert mit einem Projekt am Graduiertenkolleg beteiligt. Danilo Meyer struktur für die Analyse von medizinischen Stoffwechsel-Phä- BE LOW – Analyse von Wurzel-Merkmalen zum Testen von Um- notypdaten weltfiltern und Nischen-Komplementarität in Grünland- DFG Graduiertenkolleg 1026 – Konformationsumwandlungen Gesellschaften bei makromolekularen Interaktionen Aspekte von der Krebs- bis zur Dortmund, das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden einer In den nächsten zehn Jahren wird die gesellschaftlichen Herausforderung durch neue Wege in der Genombestimmung für eine be- Das Projekt BE LOW geht der Frage nach, in Ziel des GRK 1026 ist es, die Beziehung zwischen Proteinfal- Identifizierung, Gewinnung und Anwendung von Naturstoffen trächtliche Anzahl der 500.000.000 welcher lokalen Nachbarschaft bzw. Pflanzen- tung und Proteinfunktion besser zu verstehen. Da nur korrekt Das Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung der Wirkung von EU/EWR-Bürger routinemäßig durch- gemeinschaft eine neu ankommende Art am besten wachsen gefaltete Proteine richtig funktionieren, werden spontane oder Johanniskraut auf Alzheimer-Demenz und andere neurodege- geführt werden. Verbunden mit der kann. Dafür soll die Zusammensetzung von Wurzelexsudaten enzymatisch gesteuerte Faltungsprozesse auf biophysikali- nerative Alterserkrankungen. Das Projekt wird im Rahmen des Erhebung von Stoff wechsel-Daten verschiedener Pflanzen eines Standortes analysiert werden. scher, biochemischer und zellbiologischer Ebene untersucht. Leibniz-Wettbewerbs von der Leibniz-Gemeinschaft für 3 Jahre bildet dies die Basis einer personalisierten Medizin. Die Erhe- Wurzeln haben die Fähigkeit unterschiedliche Signalstoffe ins 13 Gruppen von verschiedenen Abteilungen der MLU Halle-Wit- gefördert. IPB-NWC ist Hauptantragsteller und Koordinator des bung solcher Daten stellt dramatische Anforderungen an das Erdreich abzugeben, um nützliche Mikroorganismen anzuziehen tenberg arbeiten im GRK zusammen. Zwei Gruppen des IPB Projekts. Die Partner sind die Universität Oslo, das IPK Gaters- biomedizinische Datenmanagement und die Rechenkapazitäten und Schädlinge zu vertreiben. Diese in ihrer Summe als Exsudat (Dr. Nico Dissmeyer und Prof. Steffen Abel) sind als assoziierte leben, die TU Braunschweig und die Universität Halle-Witten- in Europa. PhenoMeNal wird dafür eine datenschutzkonforme bezeichneten Substanzen werden qualitativ und quantitativ un- Mitglieder am GRK 1026 beteiligt. berg. Ansprechpartner: Dr. Katrin Franke und Prof. Ludger und nachhaltige E-Infrastruktur schaffen. Das Projekt wird von tersucht. Mithilfe dieser Daten soll u.a. getestet werden, ob die Wessjohann der Europäischen Kommission im Rahmen von Horizont 2020 statistische Wahrscheinlichkeit des Miteinander-Vorkommens 4. German Israel Foundation for Scientific Research and Development gefördert und von 13 Partnern aus sieben verschiedenen von Pflanzenarten in einem spezifischen Lebensraum vorhersag- Untersuchung der Calcium-vermittelten Signaltransduktion bei der pflanzlichen Immunantwort Johanniskraut gegen Alzheimer – Begegnung 2. ERA-Net-Projekte der EU Ländern durchgeführt. Koordinator ist das European Molecular bar ist. Die Partner in diesem Projekt sind neben dem IPB die MLU ERA-SynBio: SmartPlant - Entwicklung von synthetischen re- Biology Laboratory (EMBL-EBI) in Hinxton, UK. Ansprechpartner Halle-Wittenberg und das Deutsche Zentrum für integrative Ziel des Projekts ist es, die Calcium- gulatorischen Netzwerken in Pflanzen am IPB: Dr. Steffen Neumann Biodiversitätsforschung (iDiv, Halle, Jena, Leipzig). Ansprech- vermittelten zellulären Prozesse der Das Ziel des SmartPlant-Konsortiums unter der Koordination von 90 Ziel des RADAR- Projekts ist die Entwick- SOLUTIONS ist ein EU-Verbundprojekt, partner am IPB: Prof. Dierk Scheel. pflanzlichen Immunantwort zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Forschung werden langfristig COSMOS: COordination of Standards in MetabOlomicS Prof. Alain Tissier ist die Entwicklung von Pflanzen mit verbes- Das Ziel dieses von der Europäischen DFG Sonderforschungsbereich 648: Mole- dazu beitragen, die Krankheitsresistenz von Pflanzen zu ver- serter Stressresistenz oder einer erhöhten Produktion von Kommission geförderten Projekts ist kulare Mechanismen der Informationsver- bessern. Das IPB beteiligt sich gemeinsam mit der Universität hochwertigen und schützenden Verbindungen. Dabei kommen es, den freien und offenen Austausch arbeitung in Pflanzen von Tel Aviv, Israel (Koordinator) und der Freien Universität die Deregulierung von Biosynthesewegen und weitere Strate- von Daten im Bereich Metabolomics zu ermöglichen. Es werden Ziel des SFB 648 ist die Aufklärung des In- Berlin an dem Projekt, das von der German-Israeli Foundation gien des Metabolic Engineering zum Einsatz. Die Partner in die Aktivitäten von 14 Partnern durch das EMBL European Bioin- formationstransfers zwischen Pflanzen und for Scientific Research and Development gefördert wird. An- diesem ERA-Net -Projekt sind das IPB (Koordinator), das Sains- formatics Institute koordiniert, um gemeinschaftliche Standards Pathogenen. Beteiligt sind die MLU Halle- sprechpartner am IPB: Prof. Dierk Scheel und Dr. Justin Lee. 91 Nationale und Internationale Forschungsnetzwerke Das IPB ist aktuell an folgenden nationalen und internationa- Aromastoffen als Alternative zur Pflanzenextraktion oder zur syn- Leibniz-Forschungsverbund Biodiversität len wissenschaftlichen Netzwerken beteiligt: 1. Regionale Netzwerke Die dramatische Veränderung der biologi- thetischen Produktion zu entwickeln. Ansprechpartner: Prof. schen Vielfalt ist eine der größten gesell- Ludger Wessjohann Computational Mass Spectrometry Initiative (CompMS) schaftlichen Herausforderungen. Es gilt, die WissenschaftsCampus Halle – Pflanzenbasierte Bioökonomie Ziele der Biodiversitätsabkommen mit den oft Der WissenschaftsCampus Halle konkurrierenden Zielen der Klima-, Energie-, Landwirtschafts- verbindet seit 2012 vier Leibniz-In- und Wirtschaftspolitik in Einklang zu bringen. Der Leibniz-For- Pflanzen produzieren Software-Entwicklungen für die Analyse von Massenspektrome- stitute der Region (IPB, IAMO, IPK schungsverbund Biodiversität bündelt die Kompetenzen von 22 eine große Anzahl von trie-Daten. Dabei sollen die Lücken zwischen Proteomik, Metabo- und IWH) mit den thematisch korrespondierenden Fachberei- Leibniz-Einrichtungen aus verschiedenen Disziplinen für den Be- Natur- und Wirkstoffen, lomik und anderen Bereichen, in denen die Massenspektrome- chen und An-Instituten der Martin-Luther-Universität. Das Thema reich Biodiversitätsforschung. Ansprechpartner: Dr. Norbert Ar- aber leider oft in nur trie eine zentrale Stellung hat, überbrückt werden. ist die pflanzenbasierte Bioökonomie, also die nachhaltige indus- nold Leibniz-Forschungsverbund Lebensmittel und Ernährung tigen Pflanzenstoffen, und die damit verbundenen sozioökono- Der Leibniz-Forschungsverbund Lebensmit- mischen Aspekte. Der WCH wird von der Leibniz-Gemeinschaft tel und Ernährung stellt sich den Herausfor- und dem Land Sachsen-Anhalt gefördert. Im Rahmen des WCH wird die Nachwuchsgruppe von Dr. Nico Dissmeyer finanziert. Prof. Ludger Wessjohann ist einer der Sprecher des WCH. Das Ziel der CompMS Initiative ist die Koordination von High Value Products (FA 1006) sehr kleinen Mengen. Das Ziel der COST Action PlantEngine ist trielle Produktion, Verarbeitung und Nutzung von pflanzlichen Ressourcen mit Schwerpunkt auf Nahrungsmittel und hochwer- COST Action: PlantEngine - Plant Metabolic Engineering for es, die Biosynthese von wertvollen Stoffen in der Pflanze durch 5. Chemie-Netzwerke gezielte Modifizierung der Pflanzen zu optimieren. Ansprech- Verbund Cluster Biokatalyse 2021 partner: Prof. Ludger Wessjohann und Dr. Sylvestre Marillonnet Das Ziel des Clusters Biokatalyse derungen einer komplexen Welt, in der die COST Action: STREAM - STRigolactones Enhance Agricultural rung von Forschungsergebnissen Lebensmittelproduktion und gesunde Ernäh- Methodologies (FA 1206) entlang der gesamten Wertschöp- 2021 ist es, die Kommerzialisie- rung stark von knappen Ressourcen, klimatischen Bedingungen Die COST Action STREAM ver- fungskette (vom Enzymscreening und dem Umgang mit der Natur abhängen. Entlang der Wert- bindet europäische Forschungs- über die Produktion und das Downstream-Processing bis zum Endprodukt) zu ermöglichen. Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) schöpfungskette verknüpft der Verbund 14 Leibniz-Institute und aktivitäten zu der Pflanzenhor- Das iDiv wurde als Drehscheibe der interna- schafft auf diese Weise ein Disziplin-übergreifendes Wissen- mongruppe der Strigolaktone. tionalen Biodiversitätsforschung im Jahr schaftsnetzwerk. Ansprechpartner: Prof. Steffen Abel Diese Hormone beeinflussen die Pflanzenmorphologie und die ChemBioNet 2012 von den Universitäten in Leipzig, Jena und Halle sowie dem Bodenqualität und sind daher von großem Interesse für eine ChemBioNet ist ein Netzwerk für Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (Leipzig, Halle, Magde- nachhaltige Landwirtschaft. Ansprechpartner: Dr. Michael H. Ressourcen im Bereich der che- Walter. mischen Biologie. Die interdiszi- burg als DFG-Forschungszentrum initiiert. Das Forschungsziel ist 3. EU-Netzwerke die Förderung theoriebasierter Synthese und datenorientierter EU-OPENSCREEN Theoriebildung in den Biodiversitätswissenschaften. plinäre, offene Plattform für die Ziel von EU-OPENSCREEN ist die COST Action: PROTEOSTASIS - European network to integrate systematische Anwendung von Entdeckung von neuen Wirkstof- research on intracellular proteolysis pathways in health and dis- kleinen Molekülen dient dazu, biologische Systeme besser er- ease (BM1307) forschen zu können. Interdisziplinäres Zentrum für Nutzpflanzenforschung (IZN) fen in allen Bereichen der Lebenswissenschaften durch Zugang Das IZN bündelt die in der Region entwickelten beachtlichen zu den neuesten Technologien, Ressourcen und Expertisen. Die Die COST Action PROTEOSTASIS Ressourcen von Agrar- und molekularen Biowissenschaften und Initiative unterstützt die lebenswissenschaftliche Forschung in verbindet Wissenschaftler auf vereint Gruppen der MLU Halle-Wittenberg, des IPK Gatersleben, Europa und die Umsetzung der Ergebnisse in medizinische, land- dem Gebiet der Proteinhomöos- des IPB und des Julius-Kühn-Instituts, dem Bundesforschungsin- wirtschaftliche, bioindustrielle und gesellschaftliche Anwendun- tase aus nahezu allen Ländern stitut für Nutzpflanzen in Quedlinburg (JKI). Gefördert werden gen. Europas. Ziel ist es, die Anwen- Forschungsprojekte an Nutzpflanzen, die sich auf Grundlagenund Anwendungsebene mit den landwirtschaftlich relevanten dung und Entwicklung von Methoden und Produkten mit klinischer und (bio)ökonomischer Bedeutung voranzutreiben. An- EPSO — European Plant Science Organisation Themen Resistenz gegen biotischen Stress und Toleranz gegen EPSO ist eine unabhängige wissenschaftliche Or- sprechpartner: Dr. Luz Irina A. Calderón Villalobos, Dr. Nico abiotischen Stress beschäftigen. ganisation, die mehr als 226 Forschungsinstitute Dissmeyer und Dr. Marco Trujillo und Universitäten aus 30 Ländern verknüpft. 2. Leibniz-Forschungsverbünde EPSOs Auftrag ist es, den Einfluss und die Sichtbarkeit der Leibniz-Forschungsverbund Wirkstoffe und Biotechnologie Pflanzenforschung in Europa zu stärken. 4. Bioinformatik-Netzwerke Medizinischer Fortschritt, die Sicherung 92 MassBank landwirtschaftlicher Produktion und eine COST Action: Bioflavour - New biocatalysts and novel molecu- Das IPB ist Mitglied des gesunde Ernährung und Körperpflege sind lar mechanisms (FA 0907) MassBank Konsortiums, der ohne die Entwicklung von Wirkstoffen nicht Die COST ersten offenen Datenbank für vorstellbar. Der Verbund Wirkstoffe und Biotechnologie wurde Action Bio- Referenzspektren. Diese Datenbank ist eine wertvolle Ressource 2012 auf Initiative des IPB ins Leben gerufen und bündelt mit 17 flavour ver- beteiligten Leibniz-Instituten die innerhalb der Gemeinschaft bindet die europäische Forschung zur natürlichen Produktion Entwicklung breit angelegte Forschung zu Molekülen mit biologischer von Duft- und Aromastoffen in Hefe. Das Ziel ist es, eine umwelt- metrischer Methoden und Modelle. Ansprechpartner: Dr. Steffen Wirkung. Ansprechpartner: Prof. Ludger Wessjohann freundliche, effiziente und natürliche Produktion von Duft- und Neumann für die Metabolomforschung und liefert Daten für die neuer computergestützter massenspektro- 93 Gastwissenschaftler/innen und Stipendiat(inn)en * Abteilung Molekulare Signalverarbeitung Ranju Chutia, Indien Erasmus-Mundus-Stipendiatin 06.10.2014 – 30.09.2017 Dinesh Dhurvas Chandrasekaran, Indien Khaled Alkassem, Syrien Prof. Jens Pahnke, BRD Christin Fellenberg, BRD DAAD-Stipendiat 01.05.2014 – 19.07.2014 18.08.2014 – 31.03.2015 01.11.2014 – 31.12.2017 01.04.2013 – 30.06.2013 Cristiane Pereira, Brasilien Anna Kulma, Polen CAPES-Stipendiatin 10.06.2013 – 28.03.2014 Stipendiatin, Uni Breslau 23.09.2014 – 22.12.2014 Daniel Rampon, Brasilien Yulong Li, China Dr. Tatiana Bilova, Russland 04.02.2014 – 31.05.2014 DFG-Stipendiat 01.07.2010 – 30.09.2013 Dr. Danstone Baraza, Kenia Mitra Dipannita, Indien DAAD-Stipendiat 02.08.2012 – 31.01.2013 DAAD-Stipendiatin 30.09.2013 – 30.09.2015 Upendo Ernest Cheya, Tansania CNPq-Stipendiat 12.09.2012 – 28.02.2013 Bruno Ravanello, Brasilien 08.07.2014 – 17.09.2014 CNPq-Stipendiat 11.09.2014 – 31.08.2017 04.12.2013 – 30.03.2015 Dr. Roberta Drekener, Brasilien Dr. Saadeldin Shaaban, Ägypten Susanne Höpfner, BRD FAPESP-Stipendiatin 01.11.2013 – 31.10.2014 DAAD-Stipendiat 29.03.2013 – 29.09.2013 Stipendiatin, GRK 05.11.2014 – 30.04.2015 Dr. Mohamed Farag, Ägypten Tiago da Silva, Brasilien Daniel Elias, BRD Philipp Janitza, BRD 01.01.2013 – 30.06.2013 Somnath Koley, Indien Erasmus-Mundus-Stipendiat 03.11.2014 – 31.12.2017 Esmeralda Marti Sanchis, Spanien 01.08.2013 – 31.08.2013 Shiv Meena, Indien Erasmus-Mundus-Stipendiat 07.10.2014 – 31.12.2017 Christian Noah, BRD 04.12.2013 – 31.03.2015 Dr. Silke Richter, BRD 01.01.2013 – 31.03.2013 Ahmed Romel, Bangladesch DAAD-Stipendiat 19.03.2012 – 30.09.2015 Katja Seidel, BRD 01.10.2010 – bis auf Weiteres Dr. Diana Weier, BRD 01.02.2013 – 31.01.2014 Heena Yadav, Indien Stipendiatin Erasmus-Mundus 07.10.2014 – 31.12.2017 Serge Alain Fobofou Tanemossu, Kamerun CNPq-Stipendiatin 11.09.2014 – 31.08.2017 DAAD-Stipendiat 03.04.2012 – 31.03.2014 Nadja Sonntag, BRD Dr. Katrin Franke, BRD 01.09.2013 – 31.08.2014 01.11.2013 – 31.12.2014 Unabhängige Nachwuchsgruppen Frederik Faden, BRD Dr. Boris Tolkachev, Russland Stipendiat Graduiertenkolleg 01.10.2011 – 31.03.2014 18.08.2014 – 01.04.2015 Dr. Andrej Frolov, Russland 15.10.2012 – 30.12.2013 Ricardo Wanderley Neves Filho, Brasilien Dr. Zoila Gandara, Spanien CNPq-Stipendiat 08.06.2011- 31.03.2014 Amina Msonga, Tansania DAAD-Stipendiatin 29.09.2010 – 31.12.2013 Abteilung Stress- und Entwicklungsbiologie Manaswita Baruah, Indien Chelsea Harmon, USA Erasmus-Mundus Stipendiatin 07.10.2014 – 31.12.2017 DAAD-Stipendiatin 16.05.2014 – 19.08.2014 Ingo Hofmann, BRD Stipendiatin der Studienstiftung des dt. Volkes 01.07.2010 – 31.05.2013 Myint Myint Khine, Myanmar Stipendiatin Graduiertenkolleg 01.10.2011 – 31.03.2014 Pavel Reichman, Tschechien DAAD-Stipendiat 01.10.2014 – 31.12.2016 Nadine Küster, BRD 10.01.2011 – 31.07.2014 Dr. Stephan Schmidt, BRD 01.10.2014 – 31.03.2015 Tamara Krajnovic, Montenegro DAAD-Stipendiat 01.10.2012 – 31.03.2014 Dr. Danijela Maksimovic-Ivanic, Serbien DAAD-Stipendiatin 24.03.2014 – 26.07.2014 15.10.2010 – 31.12.2016 DAAD Stipendiatin 02.10.2014 – 30.11.2014 DAAD-Stipendiatin 14.10.2014 – 13.11.2014 Cecilia Martinez, Mexiko Christin Naumann, BRD 01.10.2014 – 31.12.2014 15.07.2013 – unbefristet CAPES-Stipendiat 08.07.2014 – 31.03.2015 Prof. Dieter Strack, BRD Nalin de Seixas Borges, Brasilien Prof. Dr. Claus Wasternack, BRD Ricardo Affeldt, Brasilien Stipendiat Conacyt Mexico 02.09.2013 – 31.08.2014 08.02.2012 – 31.12.2014 Dr. Claudia Flügel, BRD Ramona Heinke, BRD Stipendiat National Plant Science 26.06.2014 – 05.08.2014 Dr. Humberto Medina, Spanien CNPq-Stipendiat 18.04.2013 – 31.12.2013 16.01.2013 – 14.01.2014 01.01.2013 – 31.03.2013 Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie Dr. Nael Abutaha, Saudi-Arabien Stipendiat, China Scholarship Concil 13.09.2013 – 31.12.2014 Arsheed Hussain Sheikh, Indien 01.04.2014 – 30.04.2014 Abteilung Stoffwechsel- und Zellbiologie Dominic Brauch, BRD Dr. Sanja Mijatovic, Serbien 01.10.2012 – 16.12.2013 01.04.2014 – 30.04.2014 * mit mindestens vier Wochen Aufenthalt am IPB 94 95 Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Sylvia Pieplow Assistenz: Sylvia Siersleben Die Jahre 2013 und 2014 waren reich an ten und mit großem Interesse wahrge- Wissenschaftler als Botschafter des IPB re jung, lieferte eine beeindruckende 3- Eine weitere Konferenz von Doktoranden zu einem der fünf strategischen Zukunfts- öffentlichkeitswirksamen Ereignissen. Vie- nommen. Die dritte internationale Konferenz der Minuten-Show vor internationalem Publi- für Doktoranden wird seit gut 20 Jahren, märkte des Landes Sachsen-Anhalt.“ Global Young Academy (GYA) fand am kum und einer hochkarätigen Jury. Die alternierend von Gruppen aus Leipzig, le Mitarbeiter wirkten auf verschiedenen Ebenen mit, um die Strahlkraft des Insti- Die landespolitische Sprecherin der SPD, 15.-18.05.2013 in der Leopoldina in Halle Falling Walls Lab findet seit 2009 jedes Zürich, Würzburg, Bayreuth, Jena und Hal- Die Abschlusskonferenz des von der Euro- tuts zu erhöhen. Hier ein thematisch-chro- Dr. Katja Pähle, besuchte am 22.04.2013 statt. Dr. Mohamed Farag nahm als frisch Jahr am 8. November in Berlin statt. Sie le ausgerichtet: der Doktorandenwork- päischen Kommission geförderten Koo- nologischer Abriss: das Institut, um sich über aktuelle For- nominiertes Mitglied daran teil und reprä- bildet den Auftakt zur Falling Walls Con- shop Naturstoffe. 2014 lag die Organisa- perationsoprojektes Bionexgen fand am schungsvorhaben zu informieren. Disku- sentierte damit nicht nur das IPB, sondern ference am kommenden Tag, die anläss- tion und Ausrichtung wieder beim IPB. 02.-04.12. 2013 in Brüssel statt. Das Mee- Artikel im Zweiwochentakt tiert wurden auch wissenschaftspolitisch- auch sein Heimatland Ägypten und ganz lich des Jahrestages zum Mauerfall die Die etwa 120 Teilnehmer aus Deutschland ting hatte gleichzeitig den Charakter ei- Die Präsenz des IPB in den Medien war in strategische Fragen. Afrika. Farag forschte als Humboldt-Sti- Mauern in Köpfen einreißen will. Dafür und der Schweiz trafen sich am 09.05. im ner Informationsveranstaltung für die Öf- pendiat an Wirkstoffen aus Hopfen, Süß- werden jedes Jahr 20 der weltweit führen- Leibniz-Institut für Agrarentwicklung und fentlichkeit, vornehmlich für EU-Politiker. den Jahren 2013/2014 gleichbleibend hoch. In beiden Jahren erschienen ins- Am 05.09.2013 besuchte der ehemalige holz und Johanniskraut. Aus seiner Arbeit den Spitzenforscher in die Hauptstadt ein- Transformationsökonomien (IAMO) zum Für das IPB nahmen Martin Dippe, Stefa- gesamt 41 Artikel in der Presse. Mehr als Direktor und Leopoldina-Altpräsident in Halle erwuchs eine fruchtbare Instituts- geladen, um ihre aktuellen Durchbrüche gemeinsamen Austauch über Alkaloide nie Finsterbusch und Sylvia Pieplow da- die Hälfte der Artikel (insgesamt 25) hat- Benno Parthier gemeinsam mit alten Stu- partnerschaft zwischen dem IPB und der zu präsentieren und Lösungen für globale und andere vielversprechende Wirkstoffe. ran teil. Präsentiert wurden die Projekte ten wissenschaftliche Themen im Fokus dienkollegen das Institut. Der Rundgang Universität Kairo, die für drei Jahre von der Herausforderungen aufzuzeigen. und erreichten ihr Publikum auf überre- durch unsere Räumlichkeiten war nicht Alexander-von-Humboldt-Stiftung geför- gionaler Ebene. nur für die Teilnehmer des Seminargrup- dert wird. Inzwischen ist Dr. Farag Assis- Veranstaltungen konferenz wegen des Hochwassers nur in Produktion von Phenylpropanoiden. pentreffens ein Genuss; auch die Gastge- tenzprofessor an der Pharmazeutischen Plant Your Future war das Motto der 9. sehr kleinem Rahmen stattfand, konnten Zur Vernetzung von regionalen Akteuren Führungen durchs Institut ber hatten sehr viel Freude an diesem wa- Fakultät der Universität Kairo. Plant Science Student Conference, die im letzten Jahr erstmals regionale Vertre- aus Wissenschaft, Wirtschaft und Verwal- Rund 75 Gäste besuchten das Institut zum chen, interessiertem und stets frageb- Die GYA wurde 2010 gegründet. Sie ver- vom 28. bis 31. Mai 2013 im IPB stattfand. ter aus Wissenschaft und Industrie zu die- tung hat die Martin-Luther-Universität Tag der Berufe am 20.03.2013, um sich dürftigem Publikum. steht sich als die Stimme junger Wissen- Rund 90 Doktoranden aus dem IPB, dem sem Meeting zusammenkommen. Die in- (MLU) gemeinsam mit der Stadt Halle schaftler auf internationalem Niveau. IPK in Gaterleben und dem MPI in Jena ternationale Bioökonomiekonferenz un- 2013 ein besonderes Veranstaltungsfor- nahmen teil. Die Gastredner, Jonathan ter dem Motto Bio meets Economy - mat ins Leben gerufen: die transHAL. Die über die Ausbildungsmöglichkeiten am IPB zu informieren. Die Resonanz auf die Das Treffen des WeinbergCampus-Pres- Veranstaltung war durchweg positiv. Der sekreises fand am 13.06.2014 im IPB statt. Als einer von 100 Jungforschern aus aller Gershenzon vom MPI für Chemische Öko- Science meets Industry fand am 22. und 2. Konferenz dieses Formats mit Vorträ- Tag der Berufe findet auf Initiative der Bun- Neben den Pressesprechern der umlie- Welt durfte Serge Alain Fobofou Tane- logie in Jena, Rainer Breitling von der Uni- 23. Mai 2014 in Halle statt. Organisiert gen, Workshops und Rundtischgesprä- desagentur für Arbeit deutschlandweit genden An-Institute nahmen auch Vertre- mossu auf der Falling Walls Lab Confe- versität Manchester und Cyril Zipfel aus wurde die Konferenz vom Wissenschafts- chen fand am 28.10.2014 im IAMO statt. einmal im Jahr statt. Ähnliche Schülerfüh- ter der Stadt Halle und des International rence am 08.11.2014 über seine Wirkstoff- Norwich sorgten für scharfe Blicke über Campus Halle (WCH), der 2014 positiv Für das IPB war Sylvia Pieplow mit einem rungen bot das Institut im Rahmen des Zu- Office der MLU daran teil. Die Teilnehmer suche in Heilpflanzen berichten. Sein Vor- den Tellerrand; ebenso das Rahmenpro- evaluiert wurde und als regionales Koope- Stand präsent. kunftstags am 24.04.2013 an. zeigten sich beeindruckt von Umfang und trag Breaking the wall of infection disea- gramm im Botanischen Garten und in den rationsprojekt weiter von der Leibniz-Ge- Vielfalt der Pressearbeit am Institut. Disku- ses ist auch im Netz unter http:// vimeo. Meckelschen Sammlungen. Darüber hi- meinschaft und dem Land Sachsen-An- Am 03.07.2014 besuchten Wissenschafts- Am 10.04.2013 war das IPB Gastgeber für tiert wurden anschließend strategische com/113487997 zu finden. In den Vorent- naus gab es Vorträge, Poster und viele halt gefördert wird. Sachsen-Anhalts Wis- journalisten, Medienexperten und Lokal- das jährliche Treffen der mitteldeutschen Fragen zur besseren Sichtbarmachung scheidungen wählte eine internationale weitere zahlreiche Gelegenheiten für alle senschaftsminister Hartmut Möllring be- politiker das IPB und den gesamten Cam- Dual-Career-Vereinigung. Auch hier wur- des wissenschaftlichen Potentials der ge- Jury von 888 Bewerbern die 100 Finalis- Jungwissenschaftler, miteinander ins Ge- tonte noch einmal die Bedeutung des pus. Die Scienceseeing-Tour fand im Rah- de ein Rundgang durchs Institut angebo- samten Stadt. ten aus. Ein jeder von ihnen, unter 35 Jah- spräch zu kommen. WCH: „Der Bereich Bioökonomie gehört men des Nanospotfestivals statt, das seit Serge Tanemossu auf der Falling Walls Lab im November 2014 in Berlin Dinesh Dhurvas Chandrasekaran und Frederik Faden präsentieren das Logo der Plant Science Student Conference im Mai 2013 Zur Bionexgen-Tagung im Dezember 2013 in Brüssel Sylvia Pieplow führt die Alt-Biologen der Studiengruppe des ehemaligen IPB-Direktors Benno Parthier im September 2013 durch’s Gelände. 96 der Abteilung NWC zur biokatalytischen Nachdem 2013 die erste Bioökonomie- 97 Medienpräsenz des IPB Artikel und Pressemeldungen 2013 25. Februar Walther, C. Schubkraft für Gründer durch Manager-Knowhow. Pressemitteilung der Leibniz-Gemeinschaft. Wolfgang Brandt in seinem Element zur Scienceseeing-Tour am 3. Juli 2014. Immer eine Augenweide: Das indische Lichterfest, hier im November 2013, hat am IPB schon Tradition. 2014 einmal jährlich in Halle ausgetragen neut geladen hatten. Rund 100 Gäste aus Bigband der Kreismusikschule Carl Loewe wird. Mit seinem animierten 3D-Vortrag aller Welt folgten der Einladung zu Tanz, für Begeisterung. konnte Wolfgang Brandt das Auditorium Gesang und Gaumenfreuden. Auch diver- von der Wirkstofffindung durch Protein- se andere Doktorandenfeiern wie Hallo- Sonstiges modeling begeistern. weenparty und Tischkickermeisterschaf- Damit sich Neuankömmlinge und Fremde ten haben mittlerweile schon Tradition im Institut besser zurechtfinden, wurde Einen Tag später, am 04.07.2014 ging es am Institut. Das gilt auch für die jährlich 2014 von Sylvia Siersleben und Sylvia zur Langen Nacht der Wissenschaft - im von der Abteilung NWC organisierte Pieplow ein Wegeleitsystem konzipiert Vergleich zu den Vorjahren - eher be- Rentnerweihnachtsfeier, die bei unseren und umgesetzt. schaulich zu am IPB. 273 Hallenser waren Alumni sehr beliebt ist. Zum zweiten Mal in Folge hat das IPB im gekommen, um sich, trotz des Viertelfi- Frühjahr 2013 das Total-Equality-Prädikat nales der Fußballweltmeisterschaft, im In- Besonders hervorzuheben im Sinne der stitut umzusehen. Sie besuchten das Teambildung sind die jährlichen Instituts- gewonnen. Familienfreundlichkeit, struk- Institut vor allem aus genau jenem Grund: feste für die gesamte Belegschaft. 2013 turierte Nachwuchsförderung, Engage- Die Lange Nacht am IPB einmal ohne Ge- zur IPB-Weihnachtsfeier formierte sich ment im Dual-Career-Netzwerk und El- dränge und Zeitdruck zu erleben. Der Plan erstmals eine IPB-Combo mit Sängern tern-Kind-Zimmer sind Aktivitäten, mit de- ging auf. Die Veranstaltung war sowohl für und Musikern aus allen Abteilungen. Die nen das IPB bei der Jury punktete. Als Mit- die Mitarbeiter als auch für die Gäste ein präsentierte dem begeisterten Publikum glied des Equalityteams (mit Kerstin angenehm tiefschürfendes Erlebnis. ein buntes Programm aus deutschen, Balkenhohl, Claudia Haferung und Ker- englischen und spanischen Weihnachts- stin Manke) war Sylvia Pieplow für die Feste liedern. Die Texten wurden mit Power- überzeugende Darstellung aller Gleich- Bereits zum vierten Mal in Folge war das point an die Wand projeziert, sodass alle stellungsprojekte im Fragenkatalog zu- IPB am 01.11.2014 Gastgeber des Diwali- Mitarbeiter fleißig mitsingen konnten. ständig und trug damit wesentlich zum Lichterfestes in Halle, zu dem die indi- Musikalisch ging es auch zum IPB-Som- Gelingen der Bewerbung bei. Das Zertifi- schen Studenten des IPB und der MLU er- merfest am 11. 09.2014 zu. Hier sorgte die kat gilt für drei Jahre. 26. Februar Henneberg, K. Biodiversitätszentrum iDiv richtet internationale Konferenz zu Vegetationsdatenbanken aus. Pressemitteilung des iDiv. 28. Februar Overmeyer, A. Metallionen regulieren den Terpen-Stoffwechsel in Insekten. Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Chemische Ökologie in Jena. 11. März Henneberg, K. Länderübergreifendes Berufungssymposium des iDiv in Leipzig. Pressemitteilung des iDiv. 15. März Walther, C. Jahrespressegespräch 2013 Leibniz-Gemeinschaft verstärkt Hochschulkooperation. Pressemitteilung der Leibniz-Gemeinschaft. 18. März Pieplow, S. Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie öffnet Türen zum Tag der Berufe. Pressemitteilung. 19. März Pieplow, S. Leibniz-Institut öffnet Türen. Mitteldeutsche Zeitung, S. 8. 26. März Höhne, S. Großversuch ohne Erfolg. Im Frühjahr wird es wohl keine Felder mit Gen-Pflanzen in Sachsen-Anhalt geben. Mitteldeutsche Zeitung S. 3. Höhne, S. Gentechnik – Pro und Kontra. Mitteldeutsche Zeitung S. 3. 19. April Henneberg, K. iDiv-Auftakt skizziert die Zukunftsaufgaben der Biodiversitätsforschung. Pressemitteilung des iDiv. Juni 2013 Valenzuela, J. Experto alemán destaca potencial del patrimonio fungico de boeques nativos. Panorama UdeC, Chile Walter, C. WissenschaftsCampus Halle: Pflanzenbasierte Bioökonomie. Leibniz auf dem Campus, S. 9. Gerd Balcke erklärt die Funktionsweise des Massenspektrometers zur Langen Nacht der Wissenschaften am 4. Juli 2014. Die frisch formierte IPB-Combo sorgte zur Weihnachtsfeier im Dezember 2013 für Stimmung und Begeisterung. Nach nur wenigen Proben präsentierte das Ensemble ein Programm mit Weihnachtsliedern aus aller Welt. Schnee, R. From molecule to society. Erste internationale Bioökonomie-Konferenz des WissenschaftsCampus Halle. IPK Journal 22 (2013) 1, S. 20. 4. Juli Bank-Zillmann, M. Mit der Bachelorarbeit auf die Titelseite von Nature: SKWP-Forschungspreis der Universität Halle würdigt zwei Studenten. Pressemitteilung der Universität Halle (MLU). 23. Juli Walther, C. Leibniz setzt regional auf WissenschaftsCampi. Pressemitteilung der Leibniz-Gemeinschaft. 27. Juli Klabuhn, J. Pflanzen sind eben auch nur Tiere. Mitteldeutsche Zeitung, S. 16. 12. August Walther, C. WissenschaftsCampus Halle: „Pflanzenbasierte Bioökonomie“ – Bioökonomie als Schlüsselindustrie des 21. Jahrhunderts. Pressemitteilung der Leibniz-Gemeinschaft. 17. August Schippmann, A. Sachsen-Anhalts Pilz-Atlas. Bild, S. 9. 23. August Glowinsky, G. Strecke zum Laternenfest noch gesperrt. Mitteldeutsche Zeitung, S. 8. 10. September Bank-Zillmann, M. Proteinforscher beraten über weitere Profilierung des Biotechnologie-Standorts Halle – Tagung am 17. und 18. September. Pressemitteilung der MLU. 13. September Falgowski, M. Die Absicht, eine Mauer zu bauen. Mitteldeutsche Zeitung, S. 7. Möbius, J. Bitte frei machen. Kommentar. Mitteldeutsche Zeitung, S. 8. Oktober 2013 Walther, C. Sanduhr der embryonalen Entwicklung tickt auch bei Pflanzen. Jahresbericht der Leibniz-Gemeinschaft 2012/2013, S. 8. Walther, C. Leibniz-Forschungsverbund Wirkstoffe und Biotechnologie. Jahresbericht der Leibniz-Gemeinschaft 2012/2013, S. 25. Walther, C. Hochschulkooperationen. Infofoto. Jahresbericht der Leibniz-Gemeinschaft 2012/ 2013, S. 30/31. 98 99 Medienpräsenz, Layout und Internet Walther, C.WissenschaftsCampus Halle: Pflanzenbasierte Bioökonomie. Jahresbericht der Leibniz-Gemeinschaft 2012/2013, S. 30/31. Bank-Zillmann, M. Bachelor-Arbeit wird Nature-Story. Scientia Halensis 4/2013, S. 30. 18. Oktober Löwe, K. Im Klima-Stress. Mitteldeutsche Zeitung, S. 16, Campusseite. 28. Oktober Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie. Begründung zur Prädikatsvergabe. Mit Chancengleichheit zum Erfolg, S. 22. 29. Oktober Pieplow, S. IPB erhält Prädikat zur Chancengleichheit. Pressemitteilung. 30. Oktober Pieplow, S. Gleiche Chancen. Wochenspiegel, S.1. 30. Oktober Pieplow, S. Leibniz-Institut für Chancengleichheit geehrt. Mitteldeutsche Zeitung, S. 8. 7. November Pausch, K. Lichter gegen alles Böse. Mitteldeutsche Zeitung, S. 14. 7. November Neubert, R. Arzneipflanzen Äthiopiens. Deutsche Apothekerzeitung (153) 45, S. 100. 8. November Walther, C. Leibniz-Gemeinschaft bündelt ihre Kompetenzen zur nachhaltigen Sicherung der biologischen Vielfalt. Pressemitteilung der Leibniz-Gemeinschaft. Meldungen für Aktuelles 2013 11.03.2013 iDiv startet Berufungssymposium in Leipzig 13.03.2013 Leibniz-Gemeinschaft verstärkt Hochschulkooperationen 18.03.2013 Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie öffnet Türen und Labore zum Tag der Berufe 18.04.2013 Herzlichen Glückwunsch an Claus Wasternack! 17.05.2013 Dr. Mohamed A. Farag nimmt an der Konferenz der Global Young Academy in Halle teil 27.05.2013 Große Doktorandenkonferenz zur Pflanzenforschung am Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie 30.05.2013 Herzlichen Glückwunsch an Sabine Rosahl! 03.06.2013 Erste internationale Bioökonomie-Konferenz des WissenschaftsCampus Halle 05.06.2013 ACHTUNG: Bioökonomie-Konferenz des WissenschaftsCampus abgesagt! Verkürztes Programm am Freitag im IPB geplant. 06.06.2013 Hochwasser 02.12.2013 Neuaufnahme dreier wissenschaftlicher Institute in die Leibniz-Gemeinschaft 08.07.2013 Herzlichen Glückwunsch zum SKWP-Forschungspreis! 02.12.2013 Matthias Kleiner wird neuer Präsident der Leibniz-Gemeinschaft 10.07.2013 Gratulation zum Leibniz-DAAD-Stipendium und neuem interdepartmentellen Forschungsprojekt! 06.12.2013 Weihnachtsfeier im IPB 19.07.2013 IPB Xpress erfolgreich beim Mitteldeutschen Firmentriathlon 17.12.2013 Cofaktor bestimmt Kettenlänge 19.12.2013 Gottfried Wilhelm Leibniz - Der letzte Universalgelehrte 25.07.2013 Cantor-Schüler im Labor 25.07.2013 Leibniz setzt regional auf WissenschaftsCampi 22.08.2013 TOTAL E-QUALITY die Zweite - IPB erhält erneute Auszeichnung für Chancengleichheit Juli 2013 Poster Evaluierung: 11 Stück 30.10.2013 Diwali 2013 am IPB – Indische Studenten feiern Lichterfest in Halle 18.06.2013 WeinbergKids – Neue Randzeitenbetreuung für Kinder auf dem Weinbergcampus Layout und Druck 2013 Juni 2013 Geburtstagsmappe Claus Wasternack 29.10.2013 IPB erhält Prädikat zur Chancengleichheit 08.11.2013 Leibniz-Gemeinschaft bündelt ihre Kompetenzen zur nachhaltigen Sicherung der biologischen Vielfalt 9. Dezember Suske, K. Können spezielle Johanniskrautextrakte gegen Alzheimer helfen? Pressemitteilung des Universitätsklinikums Magdeburg. April 2013 Scientific Report 2011/12 22.10.2013 Neue Sprecher sind gewählt 18.06.2013 ACHTUNG: Eingestürzte Mauer durch Flut! 02.08.2013 Eltern-Kind-Zimmer im IPB März 2013 Anzeige Futureplan (Berufsausbildung) 100 November 2013 Rollup-Poster IPB Poster für Bionexgen-Tagung in Brüssel Flyer NWC (Bionexgen) 14.08.2013 WissenschaftsCampus Halle - Bioökonomie als Schlüsselindustrie des 21. Jahrhunderts 11.09.2013 Proteinforscher beraten über weitere Profilierung des Biotechnologie-Standorts Halle - Tagung am 17. und 18. September 25.09.2013 Alle guten Dinge sind...? 27.09.2013 Herzlichen Glückwunsch an Dr. Carolin Delker! Artikel und Pressemeldungen 2014 18. Januar Wätzold, J. Forscher heilen Alzheimer mit Johanniskraut. BILD Halle, S. 10. 11. Februar Falgowski, M. Bleibt Saaleweg noch zwei Jahre gesperrt? Mitteldeutsche Zeitung, S. 11. Falgowski, M. Zu lange Abstimmung. Kommentar. Mitteldeutsche Zeitung, S. 10. 20. Februar Razum, M., Neumann, J. & Hahn, M. RADAR – Ein Forschungsdaten-Repositorium als Dienstleistung für die Wissenschaft. Zeitschrift für Bibliothekswesen und Bibliographie 61, S. 18-27. 20. März Walther, C. Leibniz-Institute in Magdeburg, Halle, Berlin, Göttingen und Bremen positiv evaluiert. Pressemitteilung der Leibniz-Gemeinschaft. 25. März Pieplow, S. Grünes Licht für die Pflanzenforschung. Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie wurde erneut positiv evaluiert. Pressemitteilung. 1. April Pieplow, S. Wichtige Säule für Forschung bei Pflanzen. Mitteldeutsche Zeitung, S. 20, Hochschulseite. Mai 2015 Bellof, M. Waiting for a great break-through. GoingPublic Life Sciences 2/14 Industrial Biotechnology, S. 20-21. 21. Mai Sonntag, N. Nachhaltiges Wirtschaften – Internationale Bioökonomiekonferenz. Pressemitteilung des WissenschaftsCampus. 1. Juli Pieplow, S. Moleküle in 3 D. Pressemitteilung. 1. Juli Fuhrmann, C. Auf der Spur der Proteine. Mitteldeutsche Zeitung, S. 24, Campusseite 1. August Auf den Spuren der Pflanzenmedizin. Apothekenrundschau August 2014, Titelstory, S. 1016. 4. August Löwe, K. Der Weg nach oben. Die Argentinierin Selma Gago Zachert nutzt ein Programm des Leibniz-Instituts, das weibliche Führungskräfte stärkt. Mitteldeutsche Zeitung, S. 3, Mantelseite. 12. Oktober Rüschemeyer, G. Mörderische Doppelgänger. Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung 41, S. 56-57. 16. Oktober Wätzold, J. Mister Geiz vom Leibniz-Institut. BILD Halle, S.10. 29. Oktober Weg am Leibniz-Institut wird gesichert. Mitteldeutsche Zeitung, S. 7. 101 Medienpräsenz, Layout und Internet 31. Oktober Pausch, K. Lichterfest mit Bollywood-Feeling. Mitteldeutsche Zeitung, S. 14. 5. November Schlüter, J. Durch die grüne Mauer. Infofoto. Mitteldeutsche Zeitung, S. 7. 9. November Halle MZ. Das Land der Wissenschaft. Mitteldeutsche Zeitung, Sonderbeilage zu 25 Jahre Mauerfall. S. 42-43. 11. November Fuhrmann, C. Umbrüche im Blick. Mitteldeutsche Zeitung, S. 20, Campusseite. 12. November Falgowski, M. Mauer im Fels verankert. Mitteldeutsche Zeitung, S. 9. 25. November Fuhrmann, C. Helfen mit Heilkräutern. Mitteldeutsche Zeitung, S. 20, Campusseite. 1. Dezember Sonntag N. Sachsen-Anhalt ist reif für nachhaltiges Wachstum in der Bioökonomie. Pressemitteilung des WCH. 19. Dezember Queitsch, C. Degrading new insights into temperature sensing in plants: Commentary. Cell press, www.cell.com 05.03.2014 Bio meets Economy - Science meets Industry 12.09.2014 Big Band heizt mit heißen Rhythmen ein 21.03.2014 Leibniz-Institute in Magdeburg, Halle, Berlin, Göttingen und Bremen positiv evaluiert 29.10.2014 Willkommen zum indischen Lichterfest 25.03.2014 Grünes Licht für die Pflanzenforschung 07.11.2014 Population Boom - Film und Informationsveranstaltung des WissenschaftsCampus Halle 26.03.2014 Wirkstofftage in Berlin 17.11.2014 Mit Pflanzen heilen 05.05.2014 Leibniz-Wirkstoff des Jahres gekürt 19.11.2014 Jahrestagung der Leibniz-Gemeinschaft vom 26. bis 28. November in Berlin 12.06.2014 Grünes Licht für Stipendiaten 01.07.2014 Moleküle tanzen in 3D 07.07.2014 Lange Nacht für Fußballmuffel 04.08.2014 Glückwunsch an Selma Gago Zachert 12.09.2014 IPB ist Mitglied im Vorstand der Metabolomics Society 01.12.2014 Sachsen-Anhalt ist reif für nachhaltiges Wachstum in der Bioökonomie 11.12.2014 Falling Walls Lab – Wissenschaft reißt Mauern ein Fernsehen 2014 Juni 2014 Beiträge zu Beilstein TV, Abteilung NWC Layout und Druck 2014 Januar 2014 Anzeige Futureplan März 2014 Newsletter 3 2014 Juni 2014 Anzeige Studienführer der MLU Juli 2014 Poster zur Langen Nacht: 6 Stück September 2014 Flyer zum Gesundheitstag Oktober 2014 Poster zur Transhal Uni-Broschüre für ausländische Studenten Meldungen für Aktuelles 2014 16.01.2014 Pflanzliche Immunantwort - Ubiquitin reguliert Abwehr 23.01.2014 Können spezielle Johanniskrautextrakte gegen Alzheimer helfen? 11.02.2014 Neues EU-Projekt - Trichome auf dem Vormarsch 102 103 Impressionen und Impressum Herausgeber Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie Weinberg 3 06120 Halle www.ipb-halle.de Redaktion, Satz und Layout Sylvia Pieplow Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Tel.: (0345) 5582 1110 Fax: (0345) 5582 1119 [email protected] Fotos und Grafiken IPB Titelfoto Jens Müller, IPB Eine unter Phosphatmangel wachsende Seitenwurzel durchbricht die epidermale Zelllage der Hauptwurzel und bildet eine Vielzahl von Wurzelhaaren auf der Suche nach dem Nährstoff (Färbung mit Propidiumiodid und Konfokal-Mikroskopie). Siehe auch AG Nutrient Sensing, S. 18-19. Copyright © September 2015 Alle Rechte vorbehalten. Diese Publikation sowie Teile derselben sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen ist ohne vorherige schriftliche Zustimmung des Herausgebers nicht zulässig. Alle Daten- und Literaturangaben in diesem Bericht beziehen sich, soweit nicht ausdrücklich anders erwähnt, auf die Jahre 2013 und 2014. 104