Stress-Forschung an Pflanzen

Wolfgang Dröge-Laser im Botanischen Garten der Universität Würzburg - dort befindet sich der Lehrstuhl für Pharmazeutische Biologie, an dem der Professor die Auswirkungen von Stress auf die Genaktivität von Pflanzen erforscht. Foto: Robert Emmerich

Was passiert in einer Pflanze, wenn sie unter Stress steht? Wenn sie von Schädlingen attackiert wird oder wenn ihr die Energie ausgeht? Solche Fragen erforscht Wolfgang Dröge-Laser (49). Er ist neuer Professor in der Pharmazeutischen Biologie der Universität Würzburg.

Auf Stress reagieren Pflanzen, indem sie die Aktivität ihrer Gene verändern: Manche Gene werden abgeschaltet, andere aktiviert. Wie die Kontrolle der Genaktivität bei Stress im Detail abläuft, das will Wolfgang Dröge-Laser herausfinden.

„Wir konzentrieren uns auf zwei Stressfaktoren: auf Energiemangel sowie auf Pilze und Bakterien, die Pflanzen schädigen“, sagt der neue Professor. Als Forschungsobjekt dient seinem Team die Ackerschmalwand (Arabidopsis), die genetische Modellpflanze schlechthin.

Pflanzen wehren sich gegen Pilze

Verticillium heißt ein Pilz, der die Wurzel befällt, sich in der Pflanze ausbreitet und sie welken lässt. Gegen diesen Eindringling wehrt sich die Pflanze: „Sie schaltet mehrere Gene koordiniert an, und das führt zur Produktion von Abwehrstoffen, die den Pilz attackieren“, hat Wolfgang Dröge-Laser herausgefunden.

Wie aber schafft es die Pflanze, die zur Pilzabwehr nötigen Gene koordiniert zu aktivieren? Gibt es dafür einen zentralen Schalter, einen „Master-Koordinator“? Lässt er sich experimentell beeinflussen? Unter anderem diese Fragen gilt es noch zu klären.

Energiemangel durch lange Dunkelheit

Energiemangel lässt sich bei Pflanzen einfach auslösen: Sie werden für längere Zeit im Dunklen gehalten – kein Sonnenlicht, kein Energienachschub. Die Pflanze muss sich ihre Energie dann anders besorgen, etwa aus dem Abbau von Lipiden und Proteinen.

Wolfgang Dröge-Laser analysiert, wie Pflanzen bei Energiemangel ihren Stoffwechsel auf Ebene der Gene umprogrammieren. Dabei arbeitet er in einem internationalen Projekt mit, an dem Wissenschaftler aus Deutschland, Österreich, Spanien und den Niederlanden beteiligt sind. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Vorhaben.

Dreh- und Angelpunkt: Transkriptionsfaktoren

Bei der Kontrolle der Genaktivität spielen so genannte Transkriptionsfaktoren eine wichtige Rolle. Das sind Proteine, die an bestimmten Stellen im Erbgut andocken und dadurch die Aktivität der Gene regulieren.

„Wir haben spezielle Analysemethoden entwickelt, um Transkriptionsfaktoren zu erforschen“, so Professor Dröge-Laser. Die Ackerschmalwand verfügt über mehr als 2000 solcher Faktoren. Welcher von ihnen übt welche Funktion aus? Das zu beantworten, ist ein weiteres Ziel der Arbeitsgruppe.

Werdegang von Wolfgang Dröge-Laser

Geboren wurde Wolfgang Dröge-Laser 1960 in Bielefeld. Ab 1981 studierte er in seiner Heimatstadt Biologie, Chemie, Physik und Pädagogik fürs Lehramt. Doch Lehrer sollte er nicht werden: Bei einem Praktikum zur Molekularbiologie der Pflanzen und bei seiner experimentell ausgerichteten Staatsexamensarbeit fing er Feuer für die Forschung – und schlug eine wissenschaftliche Karriere ein.

Nach der Dissertation ging Dröge-Laser als Post-Doc in die USA. Im Anschluss wechselte er an die Universität Göttingen, wo er ab 1996 seine eigene Arbeitsgruppe leitete. Von dort wurde er Anfang 2010 als Nachfolger von Thomas Roitsch nach Würzburg berufen, auf eine Professur für Pharmazeutische Biologie/Molekularbiologie der Pflanze.

Lehre: Biologie für Pharmazeuten

Den Studierenden der Pharmazie wird der neue Professor zell- und molekularbiologische Grundlagen beibringen. Für eine stärkere pharmazeutische Ausrichtung in Lehre und Forschung zeigt er sich offen: Die Erforschung pflanzlicher Transkriptionsfaktoren zum Beispiel habe Bezug zur Pharmazie – schließlich regulieren auch Arzneipflanzen die Produktion ihrer medizinisch wirksamen Inhaltsstoffe mit Hilfe solcher Faktoren.

Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg