Germany
February 18, 2016
A continuous growth of the world population leads to new challenges for agriculture. A new green revolution seems to be mandatory to improve crop yield in the future. Following this prospect, the EU program FET Open has decided to support a research project that aim at developing new technologies of increasing plant productivity with 5 Million Euros. This research project is coordinated by Dr. Arren Bar-Even, research group leader at the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology in Potsdam-Golm.
In the face of an increasing global population the productivity of agriculture needs to be considerably improved. However, traditional plant breeding techniques are reaching their limits. Therefore, out-of-the-box solutions are required to support a new green revolution. Dr. Arren Bar-Even and five partners from academia and industry peruse new approaches to employ synthetic biology tools in the aim to re-wire plant metabolism and enhance their growth rate and yield.
The 5-years project “FutureAgriculture” is funded with 5 Million Euro by the European Commission. The FET Open program supports the development of new unconventional and visionary ideas with long-term potential. This allows the identification of promising henceforth research areas. In the current application period 12 out of 670 submitted projects were selected for funding.
Dr. Arren Bar-Even’s team at the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology and his research partners will work on improving the yield and rate of carbon fixation in plants, which is often the limiting part of photosynthesis. Specifically, the team will focus on a process termed photorespiration, in which energy is lost and fixed carbon is released, thereby limiting plant growth. By evolving new enzyme chemistries, the scientists aim at engineering new pathways that avoid the negative effects of photorespiration.
The research project is structured into four phases. First, promising candidate pathways will be identified by computer analysis and modeling. The most effective pathways – the shortest and most energy-saving ones – will be evolved and constructed in test tubes. Next, the pathways will be integrated in single-cell bacteria and algae. For this purpose, Echerichia coli and Chlamydomonas, two model organisms in biology, will be used. In the last phase the most efficient pathways will be introduced into higher plants, followed by a detailed analysis and characterization.
This interdisciplinary project started at January 1st, 2016. Dr. Arren Bar-Even is coordinator of the project. The other partners involved are Dr. Tobias Erb (Max Planck Institute of Terrestrial Microbiology / SYNMIKRO, Germany), Dr. Patrik Jones (Imperial College London, UK) and Prof. Dan Tawfik (Weizmann Institute of Science, Israel), as well as two companies, Evogene (Israel) and IN S.r.l. (Italy).
The Max Planck Institutes
The two Max Planck Institutes belong to the Max Planck Society, Germany's most successful research organization in the field of basic research.
The Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology investigates metabolic and molecular processes at different levels in plants. The overall goal is to understand how metabolism and growth are regulated and to learn how they respond to different factors.
The mission of the Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology is to understand how microorganisms function at the molecular, cellular, and community level. At the Center of Synthetic Microbiology (SYNMIKRO), synthetic biology approaches are used to understand and engineer microorganisms.
The Imperial College London
Imperial College London is a science-based university. The Faculty of Natural Sciences research strategy is to meet the changing needs of society, industry and healthcare, and to address the global challenges of climate change, energy, global health and security.
The Weizmann Institute of Science
The Weizmann Institute of Science is one of the world’s leading multidisciplinary basic research institutions in the natural and exact sciences. The Faculty of Biochemistry research focuses on the processes of life at the levels of molecules, cells, organs, organisms and ecosystems.
Evogene
Evogene is specialized in improving plant traits through applying biotechnology and advanced breeding for a wide variety of crops. Their main focus is on the discovery of genes, linked to traits, such as improved yield and drought tolerance.
IN S.r.l.
IN S.r.l. is an agency whose mission is to support private and public organizations in participating in EU, national and local innovation projects and to provide professional project management services.
Förderung neuer Technologien in der Pflanzenforschung - 5 Mio. Euro für zukünftige Pflanzenzüchtung
Die stetig wachsende Weltbevölkerung stellt die Landwirtschaft vor neue Herausforderungen. Eine neue Grüne Revolution scheint unausweichlich, um auch in Zukunft Erträge von Nutzpflanzen ausreichend zu steigern. Das EU-Programm FET Open fördert deshalb die Entwicklung einer neuen Technologie zur Steigerung der Pflanzenproduktivität unter Leitung von Dr. Arren Bar-Even am Max Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie mit knapp 5 Millionen Euro.
Die Produktivität der zukünftigen Landwirtschaft muss im Angesicht der global steigenden Bevölkerungszahlen stark verbessert werden. Die traditionelle Züchtung stößt hierbei aber zunehmend an ihre Grenzen, da die so verbesserten Erträge zwar graduell steigen, aber mit der Geschwindigkeit des Bevölkerungswachstum auf Dauer voraussichtlich nicht Schritt halten können. Deshalb werden sofort einsatzfähige Lösungen für die Unterstützung einer neuen grünen Revolution benötigt. Dr. Arren Bar-Even möchte deshalb mit fünf Partnern aus Forschung und Industrie neue Ansätze mit einem Fokus auf den Stoffwechsel der Pflanzen prüfen, um diese ertragreicher zu machen. Dies soll mit Hilfe der Synthetischen Biologie gelingen.
Das auf 5 Jahre angelegte Projekt „FutureAgriculture”, wird mit knapp 5 Mio. Euro von der Europäischen Kommission gefördert. Die Programmlinie FET Open ermöglicht es neue unkonventionelle und visionäre Ideen mit langfristigem Potential zu entwickeln, um so frühzeitig vielversprechende künftige Forschungsfelder zu identifizieren. Im aktuellen Zeitraum wurden 12 aus 670 eingereichten Projekten für eine Förderung ausgewählt.
Dr. Arren Bar-Evens Team am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie und seine Kooperationspartner wollen nun einem Prozess in der Pflanze zu Leibe rücken, der uneffektiv ist und in Konkurrenz zur Fotosynthese steht. Gemeint sind die Atmungsprozesse der Pflanze (Fotorespiration), die zu einem Energieverlust führen und somit das Wachstum limitieren. Die Forscher wollen hierfür Stoffwechselwege verändern oder neue Wege entwickeln, um die Fotorespiration zu umgehen, bzw. zu verbessern. Möglich wird dies zum Beispiel durch die Änderung von Enzymeigenschaften oder das Einbringen neuer Proteine.
Das Forschungsprojekt ist in vier Phasen gegliedert. Zunächst sollen mittels Computeranalysen und modellierungen vielversprechende Stoffwechselwege identifiziert werden. Die Effektivsten, also die kürzesten Wege mit möglichst geringem Energieverbrauch, werden dann im Reagenzglas nachgebaut und getestet. Sobald das gelingt, werden diese Wege in einzelligen Bakterien und Algen getestet. Hierfür stehen das Darmbakterium Escherichia coli und die Grünalge Chlamydomonas zur Verfügung, beides Modellorganismen in der Biologie. In der letzten Phase sollen die effizientesten synthetischen Stoffwechselwege in höhere Pflanzen eingebracht werden. Diese werden dann eingehend untersucht und charakterisiert.
Das interdisziplinäre Projekt startete am 1. Januar 2016. Dr. Arren Bar-Even ist Koordinator des Projekts, an dem außerdem Dr. Tobias Erb (Max-Planck-Institut für Terrestrische Mikrobiologie/SYNMIKRO, Marburg), Dr. Patrik Jones (Imperial College London, England) und Prof. Dan Tawfik (Weizmann Institute of Science, Israel), sowie die beiden Firmen Evogene (Israel) und IN S.r.l. (Italien) beteiligt sind.
Max-Planck-Institute
Die beiden Max-Planck-Institute gehören zur Max-Planck-Gesellschaft, Deutschlands erfolgreichste Forschungsorganisation im Bereich Grundlagenforschung.
Das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie untersucht metabolische und molekulare Prozesse auf unterschiedlichen Ebenen der Pflanze. Ziel ist es zu verstehen, wie der pflanzliche Stoffwechsel und das Wachstum reguliert sind, sowie die Reaktionen auf verschieden Faktoren zu untersuchen.
Das Max-Planck-Institut für Terrestrische Mikrobiologie untersucht die Funktionsweise von Mikroorganismen auf molekularer, zellulärer und Gemeinschaftsebene. Am Zentrum für Synthetische Mikrobiologie (SYNMIKRO) werden systembiologische Ansätze genutzt um Mikroorganismen zu verstehen und zu verändern.
The Imperial College London
Das Imperial College London ist eine wissenschaftlich arbeitende Universität. Die Fakultät für Naturwissenschaften ist darauf ausgerichtet Änderungen der Bedürfnisse der Gesellschaft, Industrie und Gesundheitsversorgung zu erkennen und sich den Herausforderungen des Klimawandels, der Energieversorgung und der globalen Gesundheit und Sicherheit anzunehmen.
Weizmann Institute of Science
Das Weizmann Institute of Science ist eine der weltweit führenden Einrichtung der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Naturwissenschaften. Die Fakultät der Biochemie beschäftigt sich mit den Vorgängen des Lebens auf molekularer, zellulärer und organischer Ebene, sowie mit dem Organismus und seiner Umgebung.
Evogene
Evogene ist darauf spezialisiert pflanzliche Merkmale mit Hilfe der Biotechnologie und aktuellen Züchtungsmethoden in verschiedenen Nutzpflanzen zu verbessern. Der Fokus liegt auf der Identifizierung von Genen, die mit wichtigen Merkmalen, wie Ertrag und Trockentoleranz, assoziiert sind.
IN S.r.l.
IN S.r.l. ist eine Agentur, die private oder öffentliche Organisationen bei der Teilnahme an lokalen, nationalen und EU-Projekten unterstützt. Sie stellt professionellen Service im Bereich Projektmanagement zur Verfügung.
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