Discover Plant Sciences！走进德国植物科学精英联盟（CEPLAS）！
之前我们公众号Ad植物微生物介绍了德国马克斯普朗克学会（Knowledge is everything，走进马克斯普朗克学会（MPG））、法国国家农业食品与环境研究所（Our future begins now！走进法国国家农业食品与环境研究所(INRAE)）、英国的塞恩斯伯里实验室（Science is the lifestyle! 走进英国塞恩斯伯里实验室 (TSL)！）、德国的马克斯普朗克植物育种研究所（MPIPZ）（Display your talent！走进德国马克斯普朗克植物育种研究所！）以及美国的唐纳德-丹佛斯植物科学中心（Plants are wonderful teachers！走进美国唐纳德-丹佛斯植物科学中心！）。今天为大家介绍来自德国的植物科学精英联盟（Cluster of Excellence on Plant Sciences）。
植物是人类生活的重要基础：植物是我们饮食中不可或缺的一部分，它们可作为饲料，我们将其用于生产能量、原料或医药产品中的重要成分。但是，随着气候变化和世界人口的进一步增加，耕地、水和养分变得稀缺。为了确保也为下一代提供基于植物的原料可持续供应，需要创新的策略来提高作物的产量和质量，同时又对资源和环境造成最小的影响。因此，CEPLAS研究了植物如何适应不断变化的环境条件，它们如何能够定居于地球上几乎每个栖息地以及这些发现如何用于农业。植物基因组是了解这种适应性的关键。基因控制植物的生长以及在光合作用过程中将光能转化为化学能。此外，诸如真菌和细菌的微生物也起着重要的作用，因为它们可以对植物的生长产生正面和负面的影响。因此，重要的是要尽可能多地了解植物适应不断变化的条件所涉及的因素。因此，CEPLAS旨在为全球最大的挑战之一做出贡献：确保粮食安全和以植物为原料的可持续供应。（点击话题：世界顶级科研机构）
植物通过将太阳能转化为化学能，使地球上的生命得以延续。从新石器时代开始，植物的驯化为人类的人口增长以及随后高度发达的文明演变提供了基础。然而，人口增长带来的日益增长的粮食需求和人为气候变化的影响，对可持续粮食生产和生态系统的维护提出了巨大挑战。
植物科学精英联盟CEPLAS通过对影响产量和适应有限资源的复杂植物性状进行世界级的基础研究来应对这些重大挑战。因此，这些知识对于设计和培育能够预测的方式应对未来挑战的植物（SMART植物）至关重要。CEPLAS整合了科隆大学、杜塞尔多夫大学、马克斯-普朗克植物育种研究所和尤利希研究中心的资源，成为一个国际领先的植物科学中心，吸引了世界一流的科研人员。除了研究任务外，CEPLAS的目标是使科隆/杜塞尔多夫地区成为优秀年轻研究人员发展事业的首选之地。为了支持这一目标，CEPLAS在植物和微生物生物学、系统和合成生物学以及理论生物学等学科上，为本科生、研究生研究人员和博士后科学家提供新形式的培训。
CEPLAS的目的是为控制复杂植物性状的遗传机制绘制蓝图，并提供足够的细节，以便能够预测不同环境下的性状表现。这些知识对于利用预测性状工程设计新的作物品种至关重要，对于面临气候变化的日益增长人口的可持续粮食安全也很重要。CEPLAS继续为这些重大挑战贡献创新的解决方案。
CEPLAS的主要研究领域之一是根据基因组信息绘制植物性状图，从而实现新颖的预测性育种策略。该研究旨在发展对复杂植物表型设计原理的机理理解，这些表型来自于一组进化上深度保守的元素变异、发育和代谢中的重复模式以及植物与其微生物环境之间的相互作用。CEPLAS旨在从机制上定义复杂的植物性状如何在给定的环境背景下促进植物性能的优化。了解将发育和新陈代谢结合起来以控制生命周期过渡和适应环境的机制，以及了解土壤生物学和生物化学在土壤-植物界面中介功能方面的作用，是植物生物学领域的新课题，对于制定可持续提高作物产量的战略至关重要。
研究领域（RA）1的目标是确定如何整合三个高度不相关的领域，新陈代谢、生命史和发育，以优化植物生长。生殖成功和植物生长取决于将发育决策与新陈代谢结合起来，涉及从细胞到组织和整个植物的不同尺度。例如，有效的光合作用碳同化需要叶片中细胞分化的独特空间模式，而开花的诱导时间则根据碳的状态进行调节。这些既定的例子激发了RA1最初专注于碳代谢、发育过程和生活史特征之间的接口。一个主要的基本方法是利用相关物种之间的变异，这些物种使用不同的策略来整合发育和代谢，例如那些具有复叶与单叶、C3与C4代谢或一年生与多年生的生活史。科研人员将利用这些系统来确定（1）叶的形态和解剖学如何与光合生理学和植物生长有功能上的关系；（2）如何将植物的代谢状态与分生组织的发育决策相结合，以影响产量和适应性；（3）在不同发育阶段，维管系统和胞间连丝是如何促进植物组织之间资源分配的。一个中心目标是确定植物生命周期关键阶段的发育过程与代谢途径之间的预测联系。
自然环境中的植物适应性和农作物产量受与植物相关的微生物群落和土壤类型的影响。植物微生物群落的组成和活性取决于与不同植物基因型相互作用的营养（矿物质营养）、代谢（主要代谢和专门代谢）和土壤性质（土壤的物理、化学和生物学特性）因素。该领域研究了微生物群落对植物生长和适应性的贡献。RA2将确定控制根际和根际中与植物相关的微生物群落的结构、活性和功能的遗传、分子和生化机制。RA2的主要研究假设如下：（1）植物与相关微生物之间的代谢伙伴关系对于建立生物间营养网络很重要，并且（2）这种代谢连通性的变化是基础适应和植物健康的主要力量。科研人员将通过对在不同自然土壤和环境中生长的植物-微生物群落的分析来开发代谢模型，并将在受控营养扰动下使用一组迭代的微生物组重建实验来测试和改善它们的生理相关性。RA2的核心是利用还原论方法对植物微生物群代谢进行综合分析。
RA3将利用合成生物学方法重建正交系统中的植物信号和代谢途径，并获得对细胞内和细胞间及其周围环境的途径结构的定量理解。这些定量研究在技术上具有挑战性，由于高度相互连接，通常是多细胞信号和代谢网络的分子复杂性和共生性，在植物细胞水平上进行。在异源系统中重建植物途径可以实现快速的遗传变异和测试细胞元件的遗传多样性及其定向进化的规模/通量率，这在植物界是不可能的。RA3将实施新的遗传、分子和成像工具和方法，如合成交换器、启动子、调控模块、动态和可编程的合成基因网络、定量生物传感器、微流控技术和2D/3D组织打印，以加速科学进步。这些数据将与数学建模（RA4）相结合，以补充和告知RA1和RA2中提出的平面研究。RA3将从单个途径（分子模块）通过一个细胞内的多个途径（细胞模块）的重建过渡到细胞与其周围环境的相互作用（细胞界面模块）。在未来，这项工作将扩展与打印细胞簇、组织和有机体的发展和部署，以研究从信号传导和代谢网络出现的功能和结构特征。
研究领域4通过用理论模型解决共同的基本研究问题来补充RA1-3。RA4开发了生物信息学和机理建模方法，从理论上描述和研究细胞内和细胞间的过程，如发育过渡、资源分配策略和植物-土壤-微生物的相互作用。RA4将通过为RA1-3中的生物系统分析提供理论模型形式的替代性硅片工作台来推进科学知识的发展。计算和数学框架将允许更深入地解释和整合在CEPLAS内外产生的实验数据。利用植物实验和理论研究的协调力量，推导出定量和预测性的数学模型，将为复杂性状的出现和进化、各种相互作用的遗传和环境因素以及它们如何影响植物表现提供新的见解，从而实现预测性状的操纵。通过产生新的可检验的假说，RA4将推动设计新的实验，以更深入地了解不同时空尺度上的相互作用机制。
漫画：什么是代谢物，您如何分析它们？
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