Wir wollen den Phytochrom-Signalweg in höheren Pflanzen entschlüsseln

• Molekulargenetische Untersuchungen zur Interaktion von Signalproteinen in Arabidopsis thaliana.

• Expression von fluoreszierenden Proteinfusionen in Arabidopsis, Nachweis von Proteininteraktionen in vivo durch Fluoreszenzmikroskopie.

• Untersuchungen  von Proteininteraktionen und -komplexen durch Immunopräzipitation und Massenspektrometrie.
• Detektion von Sekundärmodifikationen an Proteinen durch hochauflösenden Massenspektrometrie.
• Zellbiologische Studien zur Translokation von Signalmolekülen in der Photomorphogenese.
• Untersuchungen zum Zytoskellet in Arabidopsis durch Fluoreszenzmikroskopie, Assays zum Import von Signalmolekülen in den Kern, RNAi-Unterdrückung von einzelnen Importkomponenten, Inhibitorexperimente des Zytoskellett abhängigen Transports.
• Biotechnologische Präparation von pflanzlichen Proteinen in Bioreaktoren.
• Etablieren/Optimierung der Fermentertechnik, Produktion von pflanzlichen Proteinen in transgenen Hefen und Bakterien, Reinigung der Proteine durch Chromatographie.

Wir wissen, dass Phytochrom Gene reguliert, aber wie sieht seine Wirkung im Cytoplasma aus?

• Identifikation von Phytochrom-Interaktionspartnern durch 
• Genetische bzw. biochemische Methoden (wie Hefe-2-Hybrid, in vivo Ko-Immunopräzipitation, usw.) zur Identifizierung von Physcomitrella- und Arabidopsis-Phytochrom-Partnern.
• Untersuchungen zur intrazellulären Lokalisation von Phytochromen bzw. des Zytoskeletts in Physcomitrella.
• Visualisierung von transgenen Phytochrom:GFP-Fusionen bzw. GFP:Talin-dekorierten Aktinmikrofibrillen in Physcomitrella durch Fluoreszenzmikroskopie.

Wir wollen gentechnische Methoden im Moos-Modellsystem Physcomitrella weiterentwickeln!.

• Gentransfer und -targeting: Transfektion von Protoplasten sowie mittels particle inflow gun (Genkanone) zur Mutagenese von Zielgenen mit Hilfe homologer Rekombinationsereignisse.
• Etablierung des Cre/Lox-Systems zur Entfernung von Transgenen.

Wir wollen komplexe Bestrahlungsprogramme automatisch durchführen!

• Entwicklung von Software zur automatisierten Schaltung von LED-Lichtquellen.
• Schreiben von software zur Steuerung eines USB-Relaissystems.

Wir haben einen Teil der Cph1-Phytochromstruktur im Pr-Zustand entschlüsselt, aber eine noch höhere Auflösung wäre noch besser! Wir wollen auch die Pfr-Struktur entschlüsseln!

• Weitere Verbesserung der Kristallisationsbedingungen für Pr.
• Zusammenstellung von Reagenzien zur Bildung von möglichst perfekten Cph1-Einkristallen im Pfr-Zustand.
• Klonierung, Expression und Kristallisationsstudien mit Cph1-Verwandten aus anderen Cyanobakterien.
• Röntgenkristallographie am Synchrotron (Grenoble, Hamburg, Berlin).
• Klonierung und Expression vom Cph1-Varianten  bzw. Verwandten für MAS-NMR-Studien.
  
• Klonierung und Entwicklung von Methoden zur Teilmarkierung von Cph1 (protein splicing) für MAS-NMR.
  

Wie funktionieren Cph1 und anderen Phytochrome überhaupt?! Dafür setzen wir biophysikalsichen, biochemischen bzw. molekulargentischen Methoden ein.

• Herstellung von Cph1-Mutanten mit geänderten Aminosäure-Sequenzen; Spektroskopische Untersuchungen (UV-Vis Absorption bzw. Fluoreszenz); Biochemische Quervernetzung von Domäne, Proteolyse, Identifizierung durch MALDI; Untersuchungen der Rolle von spezifischen Aminosäuren bei der Wechselwirkung zwischen Domänen (analytische Ultrazentrifugation, size-exclusion chromatography); Biochemie der Autophosphorylierung und Phosphotransfer-Reaktion; Etablierung eines einfachen readout-Systems mit Hilfe von Cph1-Chimären.
• Physiologische Charakterisierung von Cph1-Verwandten aus anderen Cyanobakterien (Zusammenarbeit mit AG Wilde, Mikrobiologie).

Mit Hilfe von MAS-NMR Messungen haben wir neuerdings zusammen mit Kollegen in Mülheim und Leiden die ersten 3D-Strukturinformationen für pflanzlichen Phytochromen erhalten können. Wir meinen auch, dass wir die Strukturen von pflanzlichen Phytochromen mit Hilfe der Röntgenkristallographie lösen können. 

• Herstellung von pflanzlichen Phytochrom-Fragmenten sowie Gesamtmolekülen zur Kristallisation; Röntgenkristallographie am Synchrotron.
• Herstellung von pflanzlichen Phytochrom-Fragmenten sowie Gesamtmolekülen mit selektiven Isotopenmarkierungen zu MAS-NMR Studien (zusammenarbeit mit Matysik in Leiden, NL).