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Artikelaktionen

Informationen für BSc- und MSc-Arbeiten/Thesis-Projekte

Untenstehend finden Sie ausgewählte Projekte, die Sie bei uns bearbeiten können. Wir würden uns freuen wenn Sie sich für Forschung in der Pflanzenphysiologie interessieren und sind uns sicher, dass Sie mit verschiedenen strukturbiologischen, molekulargenetischen, zellbiologischen und biochemischen Methoden interessante Projekte bearbeiten können. Wenn Sie Fragen haben oder sich für ein, unten nicht aufgeführtes Forschungsthema interessieren, können Sie jederzeit zu uns ins Zeughaus kommen und mit uns sprechen. Bis dann - Jon Hughes & Mathias Zeidler

 

BSc-Projekte 2021


Forschung am Institut für Pflanzenphysiologie

Wir arbeiten am Photorezeptorsystem Phytochrom, wobei Struktur- und Zellbiologie neben physiologische Studien im Mittelpunkt stehen. Wir sind ziemlich erfolgreich sowohl bezüglich Drittmittelfinanzierung als auch Veröffentlichungen in hochkarätigen Fachzeitschriften. Unsere wichtigsten Methoden umfassen die ganze Bandbreite molekulargenetischer Methoden in E. coli, Hefen und transgenen Pflanzen als Basis für Röntgenkristallographie, Fluoreszmikroskopie, Spektroskopie, Massenspektrometrie um Struktur und Funktion auf molekularer Ebene aufzuklären.

  • Prokaryotische (Cph1) sowie pflanzliche (phyA und phyB) Phytochrome; zelluläre Partner wie FHY1, PIFs, Phosphatasen, Phototropine
  • 3D-Proteinstrukturen (mit Hilfe der Röntgenkristallographie, auch NMR und cryo-em) zur Ermittlung von molekularen Funktionen [Hughes/Nagano]
  • Photobiologische Studien
  • CRISPR/Cas9-Methoden [Hughes/Trogu]
  • Expression von Transgenen in Arabidopsis [Zeidler]
  • Einsatz von fluoreszierenden Proteinfusionen; Nachweis von Proteinlokalisation und -interaktionen in vivo durch Fluoreszenzmikroskopie
  • Proteininteraktionen und -sekundärmodifikationen durch Immunopräzipitation und hochauflösende Massenspektrometrie [Zeidler]

Da wir nicht sicher sein können, dass Laborprojekte durchgeführt werden dürfen, müssen KandidatInnen sowohl Labor- als auch home office Projekte aussuchen.

 

Lab Projekte


3D-Strukturstudien an Phytochromen [Hughes/Nagano]

Mit Röntgenkristallographischen Messungen am BESSY-Synchrotron in Berlin haben wir Teilstrukturen von sowohl prokaryotischen (Cph11) als auch pflanzlichen (phyA und phyB) Phytochromen im Pr-Zustand entschlüsselt2,3, es geht jedoch weiter! Phytochrom-Genkonstrukte werden in E. coli exprimiert, die Holoproteine geerntet, chromatographisch gereinigt, spektralphoto- und flurometrisch charakterisiert, geeignete Kristallisations-bedingungen mit Robotertechnik gesucht und optimiert, die Kristalle am Synchrotron gemessen und schließlich die 3D-Struktur gelöst. Wir möchten auch elektronmikroskopische Methoden (cryo-em) am MPI für Biophysik (Frankfurt/M) einsetzen. Besondere Ziele sind u.A. Strukturen von Pr mit atomarer Auflösung, Pfr und Pfr-Partner Komplexe – auch mit Hilfe von zielgerichteter Mutagenese. StudentInnen im Labor werden von Mitarbeiter (PhD, Postdoc) betreut, da die BSc/MSc-Projekte stets auch Teile von unseren laufenden Forschungsvorhaben sind. Es gibt verschiedene Möglichkeiten:

  • Neue Konstrukte für Pr-Studien (z.B. Glycine phyB (NPG))
  • Pfr-stabilizierten Mutanten (z.B. FxE → FxW)
  • Pfr-Mimik Mutanten (Y→H und Y→V)
  • PIF-phy Interaktionen (e.g. PIF6-phyB)
  • FHY1-phyA Interaktion
  • full-length Cph1 und pflanzliche Phytochrome (Röntgenkristallographie oder cryo-em)

Zellbiologie von Phytochrom A [Zeidler]

Die Zellbiologie von phyA ist besonders interessant hinsichtlich des FHY1-abhängigen Mechanismus der Kerntranslokation des aktivierten Photorezeptors4,5.

  • Produktion von FHY1 (full-length sowie Domänen) sowie phyA (NPGP) in E. coli; chromatographische Reinigung; Untersuchung der Wechselwirkung in vitro.
  • Präparation / Anreicherung von Kernen aus Arabidopsis-Keimlingen
  • Untersuchungen von Keimlingen von Phosphatase Mutanten sowie entsprechenden transgenen Keimlingen
  • Zelluläre Lokalisation von phyA mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie6 (kinetische Studien im Wildtyp und unter anderem in Mutanten)

Phytochrom in Physcomitrella [Hughes/Trogu]

Die Pflanzenphysiologen in Gießen arbeiten TATSÄCHLICH an Moosen! Allerdings sind wir dabei nicht alleine: Physcomitrella wird weltweit als Modelpflanze eingesetzt, unter anderem auch bei BASF. Für uns ist Physcomitrella besonders interessant, da Phytochrome die Wachstumsrichtung (Phototropismus) der Filamente steuern, wie das jedoch geht, konnte bisher noch niemand erklären! Um das Paradox zu lösen setzen wir state-of-the-art Molekulargenetik neben photobiologischen Methoden ein.

  • CRISPR/Cas9-basierte Knockouts von spezifischen Phytochromen und Phototropinen
  • Quantitative Untersuchungen des Phototropismus bei Wildtyp und Mutanten
  • Zellbiologische Studien der Wechselwirkung von Phytochrom und Phototropin an der Plasmamembran7

Andere Phytochrom-verwandte Projekte

  • Optimierung der Produktion von Bilinen in E. coli zur Herstellung von Holophytochromen [Hughes/Nagano]
  • Fluorezenzoptimierung bei Cph1-Mutanten [Nagano]
  • Rolle des putativen NLS (nuclear localisation sequence) in phyA [Hughes/Zeidler]

 

Home-office Projekte


Phytochrom

  • Ist Phytochrom eine Kinase? [Hughes]
  • Kerntranslokation von Phytochromen [Zeidler]
  • Phytochrome interacting factors (PIFs) [Hughes]
  • GAF-Domäne [Hughes]
  • Phylogenie von Phytochromen [Hughes]
  • Phosphorylierung in der Kerntranslokation von Phytochrom [Zeidler]
  • Phosphorylierung im Phytochromsignalweg  [Hughes/Zeidler]

Phototropin

  • Phototropine: von Lichtstrahl zu Krümmung [Hughes]
  • LOV-Domäne [Hughes]

Photosynthesis

  • Der Kok-Zyklus [Hughes]
  • Woher kommt der Sauerstoff? Geschichte des photosynthetischen Saurerstoffs [Hughes]

Other

  • CRISPR: Entdeckung und Einsatz [Hughes/Trogu]
  • Gene drives [Hughes/Trogu]
  • Auxin: Transport und Wirkungsweise [Zeidler]
  • Die Biologie der Cytokinine [Hughes]
  • Brassinosteroide [Hughes]
  • Die circadiane Uhr: Blühzeit der Forschung [Zeidler]
  • LOV-Domänen [Hughes]
  • Histidinkinasen [Hughes]
  • Methoden der Strukturbiologie [Hughes]
  • Proteinanalyse mit Massspektrometrie  [Zeidler]
  • Funktionen von Phosphatasen [Zeidler]

 

Literatur

  1. Hughes, J. et al. A prokaryotic phytochrome. Nature 386, 663-663 (1997), doi: 10.1038/386663a0 (1997).
  2. Nagano, S. et al. Structural insights into photoactivation and signalling in plant phytochromes. Nature Plants 6, doi:10.1038/s41477-020-0638-y (2020).
  3. Essen, L.-O., Mailliet, J. & Hughes, J. The structure of a complete phytochrome sensory module in the Pr ground state. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 14709-14714, doi:10.1073/pnas.0806477105 (2008).
  4. Rösler, J., Jaedicke, K. & Zeidler, M. Cytoplasmic Phytochrome Action. Plant and Cell Physiology 51, 1248-1254 (2010).
  5. Rösler, J., Klein, I. & Zeidler, M. Arabidopsis fhl/fhy1 double mutant reveals a distinct cytoplasmic action of phytochrome A. Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A 104, 10737-10742 (2007).
  6. Helizon, H. et al. Arabidopsis phytochrome A nuclear translocation is mediated by a far-red elongated hypocotyl 1-importin complex. Plant J 96, 1255-1268, doi:10.1111/tpj.14107 (2018).
  7. Jaedicke, K., Lichtenthäler, A. L., Meyberg, R., Zeidler, M. & Hughes, J. A phytochrome-phototropin light signaling complex at the plasma membrane. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 12231-12236, doi:10.1073/pnas.1120203109 (2012).