Professor und Direktor
Labor für Pflanzenmolekular- und Zellbiologie
Labor für Integrative Biologie
Hess-Lehrstuhl für Pflanzenwissenschaften
Während Blüten und Triebe die eher sichtbaren Merkmale von Pflanzen sind, ist das, was unter der Oberfläche liegt, genauso wichtig: Wurzeln. Pflanzenwurzeln sind entscheidend für die Gewinnung von Wasser und Nährstoffen aus dem Boden. Sie spielen auch eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf, indem sie Kohlenstoff, der durch pflanzliche Photosynthese fixiert wurde, aus der Atmosphäre in den Boden übertragen. Trotz ihrer hohen Relevanz für Ökologie, Landwirtschaft, Ernährungssicherheit und Kohlenstoffkreislauf gibt es viele offene Fragen im Hinblick auf Wurzelsysteme. Warum sind beispielsweise einige Wurzelsysteme flach und andere tief? Wie verarbeiten Pflanzen Umweltinformationen? Wie können Wurzeln mit nützlichen Mikroben zusammenarbeiten und gleichzeitig schädliche Mikroben abwehren? Ein besseres Verständnis der Pflanzenwurzeln könnte dazu beitragen, widerstandsfähigere Nahrungsquellen zu entwickeln – ein immer dringlicheres Problem angesichts des sich verändernden Klimas und der wachsenden Bevölkerung auf dem Planeten – und dazu beitragen, Wurzelsysteme zu entwickeln, die in großem Maßstab zur Speicherung von Kohlendioxid (CO) genutzt werden können2), das von oberirdischem Pflanzengewebe aus der Atmosphäre eingefangen wurde.
Die blühende Pflanze Arabidopsis thaliana ist ein leicht anzubauendes Unkraut, das in der pflanzenbiologischen Forschung beliebt ist. Weltweit wachsen verschiedene Sorten mit sehr ähnlichen Genomen. Das macht die Pflanze besonders nützlich für die Untersuchung der Gene und genetischen Varianten, die Pflanzen auf unterschiedliche Umgebungen reagieren lassen und ihnen zum Überleben verhelfen. Wolfgang Busch verfolgt einen systemgenetischen Ansatz und kombiniert Techniken aus Genetik, Genomik und anderen Wissenschaftsbereichen, um zu verstehen, wie das Wurzelwachstum in bestimmten Umgebungen durch die Gene einer Pflanze bestimmt wird. Genomweite Assoziationsstudien korrelieren genetische Variationen mit physischen Merkmalen, wie z. B. langen oder kurzen Wurzeln. Um aussagekräftig zu sein, müssen Studien jedoch das jeweilige physische Merkmal in signifikanten Mengen messen. Da es schwierig ist, Wurzeln genau und in großen Mengen zu messen, hat Busch eine Reihe von Spitzentechnologien und Computermethoden zur Bewertung von Wurzeln eingesetzt. Mithilfe dieser Ansätze konnte Busch mehrere Gene und ihre genetischen Varianten entdecken, die bestimmen, wie Wurzeln wachsen und auf die Umwelt reagieren. Studien wie diese liefern weiterhin Aufschluss darüber, wie Wurzeln für unterschiedliche Umgebungen oder Funktionen optimiert werden können. Darüber hinaus hat das Labor seine Arbeit vor Kurzem auf einige der weltweit wichtigsten Nutzpflanzenarten ausgeweitet. Ziel ist es, artenübergreifende Mechanismen zu identifizieren, die so manipuliert werden können, dass widerstandsfähigere Nutzpflanzensorten entstehen.
Als Geschäftsführer von Salk's Initiative NutzpflanzenBusch möchte Pflanzen dabei helfen, größere und robustere Wurzelsysteme zu entwickeln, die größere Mengen Kohlenstoff aufnehmen können, indem sie diesen in Form von Suberin, einer natürlich vorkommenden kohlenstoffreichen Substanz, im Boden vergraben. Das Team wird modernste genetische und genomische Techniken einsetzen, um diese Salk Ideal Plants™️ zu entwickeln, die überschüssigen Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnehmen und widerstandsfähiger gegenüber Umweltbelastungen sind.
Busch entwickelte neuartige Methoden zur Auswertung Hunderttausender Wurzeln mithilfe von Bildgebungs- und Bildverarbeitungsalgorithmen, um automatisch Wurzellängen- und -formdaten zu extrahieren.
Er entdeckte, wie Pflanzen ihre Zellaktivitäten umprogrammieren, um Eisen zurückzuhalten, wenn Bakterien in das Wurzelgewebe eindringen, und charakterisierte die molekularen Mechanismen, die den Signalweg für Eisenmangel mit dem pflanzlichen Immunsystem verbinden. Dies hat neue Wege aufgezeigt, um die Widerstandsfähigkeit und Krankheitsresistenz von Pflanzen zu verbessern.
Er identifizierte ein Gen und seine Varianten, die flache Wurzelsysteme in tiefe Wurzelsysteme umwandeln können, deckte auf, wie dies auf molekularer Ebene erreicht wird, und fand einen Zusammenhang zwischen bestimmten Varianten dieses Gens und der Anpassung an Bedingungen mit geringem Niederschlag.
MS, Biologie, Universität Tübingen, Deutschland
PhD, Biologie, Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie und Universität Tübingen, Deutschland
