Forschungsprofessor
Labor für Pflanzenmolekular- und Zellbiologie
Pflanzen erfüllen eine Vielzahl außergewöhnlicher biochemischer Funktionen, darunter die Aufnahme von Kohlendioxid durch Photosynthese sowie die Extraktion und Konzentration essentieller Elemente wie Stickstoff. Diesen biochemischen Fähigkeiten liegen die vielfältigsten genetischen Codes (Genome) auf dem Planeten zugrunde. Pflanzen verfügen über hochkomplexe Genome, die durch Vermischung, Reorganisation und Umstrukturierung entstehen, um sich an vielfältige und sich verändernde Umgebungen anzupassen. Beispielsweise ist das komplexe Genom von Brotweizen sechsmal so groß wie das menschliche Genom, da die Genome dreier Weizenverwandter im Laufe der Zeit verschmelzen. Erst vor Kurzem ist es Wissenschaftlern gelungen, diese komplexen Genome zu lesen (zu sequenzieren), was die Tür zum Verständnis der genetischen Grundlagen der Pflanzenbiochemie und -anpassung öffnet. Diese Informationen werden Forschern dabei helfen, Pflanzen zu entwickeln, die in rauen Umgebungen überleben können, um mehr Nahrung, Ballaststoffe und Treibstoff für eine wachsende Bevölkerung anzubauen und möglicherweise die negativen Auswirkungen des Klimawandels abzumildern.
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 leistet Michael Unterstützung bei der Genomsequenzierung, um Salk Ideal Plants® zu schaffen, das überschüssige Mengen an atmosphärischem Kohlenstoff tief im Boden speichern könnte. Sein Team untersucht die genetische Architektur, die bestimmte Merkmale wie eine tiefere Wurzelbildung steuert, um einen „genominformierten“ Züchtungsansatz zu verfolgen, der Pflanzen dabei hilft, mehr Kohlenstoff zu speichern und sich an den Klimawandel 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