Forschungsprofessor
Labor für Pflanzenmolekular- und Zellbiologie
Pflanzen erfüllen unzählige außergewöhnliche biochemische Funktionen. Dazu gehört die Aufnahme von Kohlendioxid durch Photosynthese sowie die Extraktion und Konzentration lebenswichtiger Elemente wie Stickstoff. Diesen biochemischen Fähigkeiten liegen die vielfältigsten genetischen Codes (Genome) der Welt zugrunde. Pflanzen besitzen hochkomplexe Genome, die durch Vermischung, Reorganisation und Umstrukturierung entstehen, um sich an unterschiedliche und sich verändernde Umgebungen anzupassen. So ist beispielsweise das komplexe Genom des Brotweizens sechsmal so groß wie das menschliche Genom, da die Genome dreier Weizenverwandter im Laufe der Zeit verschmolzen sind. Erst vor Kurzem konnten Wissenschaftler diese komplexen Genome lesen (sequenzieren), was neue Erkenntnisse zu den genetischen Grundlagen der Biochemie und Anpassung von Pflanzen liefert. Diese Informationen werden Forschern dabei helfen, Pflanzen zu entwickeln, die in rauen Umgebungen überleben können, und mehr Nahrungsmittel, Fasern und Brennstoffe für eine stetig wachsende Bevölkerung anzubauen.
Todd Michael nutzt Sequenzierungstechnologie und Computerbiologie, um herauszufinden, wie genomische Unterschiede es Pflanzen ermöglichen, besser auf ihre Umwelt zu reagieren und diese zu nutzen. Michaels Team entwickelt ein Multigenom-Framework, um die zugrunde liegenden genetischen Netzwerke besser zu verstehen, die steuern, wie Pflanzenpopulationen mit ihrer Umgebung interagieren.
Sein Labor untersucht Pflanzen mit einzigartigen physikalischen Formen, Strategien zur Kohlenstoff- und Stickstoffgewinnung sowie Wachstumsmustern, um Pflanzengenome besser zu verstehen. Beispielsweise leistete sein Team Pionierarbeit bei der Verwendung der am schnellsten wachsenden (ca. 1 Tag zur Vermehrung) und kleinsten (1 mm) Blütenpflanze, Spirodela polyrhiza, als Forschungsmodell zur Untersuchung vielfältiger Pflanzenfunktionen. Die Gruppe nutzt fleischfressende und parasitäre Pflanzen, um neuartige Strategien zur Stickstoffgewinnung zu untersuchen. Sie untersuchen auch Pflanzen, die alternative Photosynthese durchführen, wie z. B. den Crassulacean-Säurestoffwechsel (CAM), um herauszufinden, wie ein Genom neu verkabelt ist, um nachts Kohlendioxid aufzunehmen und tagsüber Wasser zu sparen.
Als Mitglied des Führungsteams der Harnessing Plants Initiative von Salk unterstützt Michael die Genomsequenzierung bei der Entwicklung von Salk Ideal Plants®, die überschüssige Mengen atmosphärischen Kohlenstoffs tief im Boden speichern können. Sein Team untersucht die genetische Architektur, die bestimmte Eigenschaften wie tiefere Wurzeln steuert, um einen „genombasierten“ Züchtungsansatz zu entwickeln, der Pflanzen hilft, mehr Kohlenstoff zu speichern und sich an extreme Wetterbedingungen und andere Umweltbelastungen anzupassen.
Pflanzengenomik: Michael veröffentlichte das erste nahezu vollständige Pflanzengenom von Oropetium thomaeum, einer Grasart, die extreme Dürreperioden überstehen kann, indem er Pionierarbeit beim Einsatz neuer Sequenzierungstechnologien und Genomanalysetools leistete.
Ausdruck der Tageszeit (TOD): Anhand der Modellpflanze Arabidopsis thaliana lieferte Michael molekulare Beweise dafür, dass die zirkadiane Uhr es Pflanzen ermöglicht, Veränderungen in ihrer Umgebung wie tägliche Hell-Dunkel-Zyklen sowie saisonale Veränderungen vorherzusehen. Seine Gruppe zeigte außerdem, dass TOD-Genexpressionsnetzwerke durch die Evolution über höhere Pflanzen hinweg konserviert werden, was eine fortschrittliche Züchtung für Nutzpflanzen der nächsten Generation ermöglicht.
Neue Anlagenmodelle: Michaels Team war maßgeblich daran beteiligt, der Forschungsgemeinschaft mehrere wichtige Modellpflanzensysteme wie Brachypodium distachyon und Spirodela polyrhiza vorzustellen, die dabei helfen können, weitere Details zu einer Vielzahl von Pflanzenfunktionen aufzudecken.
BA, University of Virginia
Ph.D., Dartmouth College
Postdoc-Ausbildung: Salk Institute for Biological Studies
