Die grundlegenden biologische Prozesse finden auf der Skala von einzelnen Zellen und damit im Bereich der Mikrometer statt. Um diese Vorgänge untersuchen zu können bedarf es Methoden welche eine entsprechend hohe Auflösung bieten. Neben bildgebenden Verfahren, mit denen diese Prozesse sichtbargemacht werden können, sind auch Techniken notwendig, um das Zielgewebe gezielt beeinflussen zu können.
Mit Lasern lassen sich kleinste Läsionen im sub-Mikrometerbereich erzeugen, also präzise genug um Gewebe auf zellulärer Ebene oder sogar sub-zellulär zu verändern. Durch die Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen mit Pulslängen von hundert Femtosekunden bis zu wenigen Pikosekunden können diese Manipulationen ohne eine thermische Beeinflussung der umliegenden Zellen erzeugt werden – und das sogar in 3D. Damit stellt die Laserbearbeitung ein wichtiges Werkzeug zur Untersuchung von biologischen Prozessen dar.
Die Abteilung Phytophotonik nutzt ultrakurze Laserpulse im Kontext der Pflanzenwissenschaften. Zum einen wird erforscht, wie Laser-basierte Verfahren genutzt werden können, um molekulare Werkzeuge wie beispielsweise CRSIP/Cas9 ohne Zusatzstoffe in pflanzliche Zellen einzuschleusen [1]. Auf diese Weise könnte ein sicheres Verfahren zur gezielten Züchtung neuer Sorten etabliert werden. Zum anderen wird ein Laserbearbeitungsverfahren getestet, um Mikrolesionen in der Kutikula von Früchten zu erzeugen. Dies dient als Schädigungsmodell, um die Reaktion der Pflanzen auf natürlich vorkommende Risse in der äußeren Schicht der Früchte detailliert studieren zu können.
[1] Heinemann, D., Zabic, M., Terakawa, M. et al. Laser-based molecular delivery and its applications in plant science. Plant Methods 18, 82 (2022).
Entwicklung eines Modellsystems zur Laser-basierten Induktion von Rissen in der Kutikula
Die Kutikula ist eine wächserne Schicht auf zahlreichen, der Luft ausgesetzten Pflanzenbestandteilen. Sie dient unter anderem der Regulation von Wasserverlusten. Auf Äpfeln ist die Stabilität der Kutikula ein wesentliches Kriterium zum Erhalt der Qualität: Durch das Wachstum der Äpfel entsteht eine beträchtliche Zugspannung auf der Cuticula, welche in der Folge zur Entstehung von Mikrorissen führen kann. Entlang dieser Mikrorisse tritt Rostbildung auf, was zu einer Minderung des Obsts führt.
In enger Kooperation mit der AG Knoche des Instituts für Gartenbauliche Produktionssysteme untersuchen wir die Möglichkeit, ein Laser-basiertes System zur in vitro Erzeugung von Mikrorissen zu Etablieren. Dies würde die systematische Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Mikrorisspropagation, Wasserverlusten und perspektivisch der Berostung ermöglichen und so die Basis für zukünftige Strategien liefern, die Obstqualität sicherzustellen.
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