Standortbotschafterin Prof. Claudia Köhler — »Viel Platz, enorme Kompetenz und ein sehr internationales Umfeld«

uf dem Bildschirm sind die Gewebestrukturen deutlich zu erkennen, die es der Ackerschmalwand, einem unscheinbaren Kreuzblütengewächs, ermöglichen, sich fortzupflanzen. Der Fruchtknoten, die Placenta und die daran hängenden Samen – darin die Embryos, umgeben vom Nährgewebe und der äußeren Samenschale. Grün fluoreszierende Punkte im Nährgewebe markieren die Aktivität der Gene.

„Wir können mit solchen Markern unterschiedliche Teile des Gewebes sichtbar machen und im Multi-Photonen-Mikroskop beobachten, welche Gene zu welchem Zeitpunkt aktiv sind und für die Samenentwicklung eine wichtige Rolle spielen“, sagt Claudia Köhler. Das Wissen über die Genaktivität im Endosperm und ihre epigenetische Regulation gibt wichtige Einblicke in die Steuerung von Samenentwicklung, Nährstoffverteilung und Fortpflanzung. Und es ist entscheidend, wenn es um Ernährungssicherheit geht. Denn ein Großteil unserer Nahrung basiert auf dem Nährgewebe, das Blütenpflanzen ihren Embryos mitgeben.

In ihrem eigenen Garten – in dem sie Ausgleich zu ihrer wissenschaftlichen Arbeit an Pflanzen sucht – reißt Claudia Köhler die Ackerschmalwand, Arabidopsis thaliana, eher raus, bevor sie sich allzu großzügig selbst aussät. Hier im Labor sind die zarten Pflänzchen einer ihrer wichtigsten Modellorganismen, um die Samenentwicklung auf molekularer Ebene zu verstehen – neben dem Hirtentäschel, Seerosen, Tomaten, Reis, und Mais. Sie alle wachsen in den Gewächshäusern des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie im Potsdam Science Park in Golm, wo Köhler Direktorin und Leiterin der Abteilung „Epigenetische Mechanismen der pflanzlichen Reproduktionsbiologie“ ist.

Seit Juni 2026 engagiert sich die Max-Planck-Direktorin neben ihrer Forschung als Standortbotschafterin für den Potsdam Science Park, weil sie von dessen Anziehungskraft überzeugt ist. „Es gibt hier viel Platz, enorme Kompetenz und ein sehr internationales Umfeld“, sagt Köhler, die als Grundlagenforscherin vor allem den Austausch mit der Universität Potsdam sucht. „Dank der hervorragenden Bedingungen, der vielfältigen Möglichkeiten und des unterstützenden Umfelds, das wir bieten, ziehen wir die besten Fachkräfte aus aller Welt an.“ Im Potsdam Science Park sind mittlerweile Studierende und Wissenschaftler:innen aus über 70 Nationen vertreten.

Der Potsdam Science Park ist für Köhler aber auch deswegen ein Zukunftsmodell, weil hier eine starke Grundlagenforschung die Basis für Innovationskraft bildet. „Mit dem Standortmanagement kommt zudem eine zentrale Stelle hinzu, die dafür sorgt, dass Neuankömmlinge sich willkommen fühlen und Gründungsinteressierte die nötige Unterstützung bekommen“, sagt sie. „Das alles ist eine sehr gute Basis, um den Standort in den nächsten Jahren weiterzuentwickeln.“

Im Labor sind es die Blütenpflanzen, die Claudia Köhler und ihre Mitarbeitenden begeistern. Ein Grund dafür ist, dass sie eine eigene Art der Fortpflanzung entwickelt haben: Die „doppelte Befruchtung“. Sie setzen zwei Spermazellen ein – eine befruchtet die Eizelle und wird zum Embryo, die andere verschmilzt mit der Zentralzelle und bildet das nährende Endosperm. „Dabei kann es zum Konflikt zwischen den mütterlich und väterlich vererbten Genen kommen“, sagt Köhler. „Während die väterlichen Gene versuchen, den von ihnen befruchteten Samen möglichst groß werden zu lassen, um seine Überlebenschancen auf Kosten der anderen zu erhöhen, wirken mütterlich vererbte Gene dem tendenziell entgegen. Sie tragen dazu bei, die Ressourcen auf alle Samen zu verteilen und übermäßiges Wachstum einzelner Samen zu begrenzen.“

Die Blütenpflanzen haben mit ihrer doppelten Befruchtung und dem daraus resultierenden Gen-Konflikt einen evolutionären Sprung gemacht. Bei Nadelbäumen und anderen Nacktsamern, deren Samen nicht von einer Frucht umhüllt sind, ernährt das mütterliche Gewebe den Embryo und wird auch ohne Befruchtung gebildet. Das verbraucht unnötige Ressourcen. „Blütenpflanzen setzen diese Ressourcen erst ein, wenn eine Befruchtung erfolgt“, sagt Köhler, für die solche evolutionsbiologischen Fragen ein wichtiger Antrieb sind. „Den wenigsten ist bewusst, wie Samen entstehen und welche wichtige Rolle das Endosperm in ihnen spielt, das wir täglich essen, wenn wir Reis oder Mehl zu uns nehmen.“

Insbesondere interessieren Claudia Köhler die epigenetischen Prozesse, weil diese die Funktion des Endosperms steuern. Wenn man zum Beispiel beobachtet, welche Gene den sogenannten „parentalen Konflikt“ beeinflussen und wie die Genaktivität epigenetisch verändert wird (sich also ohne Änderungen der DNA verändert), lässt sich unter anderem verstehen, warum manche Samen kleiner werden, und andere größer. „Solche Zusammenhänge zu verstehen, ist für die Pflanzenzüchtung hochinteressant“, sagt Köhler.

Resilientere Arten für eine Zukunft in der Klimakrise

Gerade in Zeiten einer für die Menschheit bedrohlichen Klimakrise, sind neue Erkenntnisse über epigenetische Prozesse im Endosperm wertvoll. Denn viele Hochleistungsarten der Landwirtschaft sind schlecht an Trockenheit oder Hitze angepasst. Neue, klimaangepasste Züchtungen sind daher entscheidend für die weltweite Ernährungssicherheit. „Wenn es gelingt, die Kreuzungsbarrieren im Endosperm durch epigenetische Veränderungen auszuschalten, könnte man auf viel einfachere Weise zum Beispiel Trockenresistenz in Hochleistungsarten einkreuzen“, sagt Köhler.

Bislang sind Kreuzungen zwischen verwandten Arten häufig sehr aufwendig. Man muss dafür den Embryo aus dem Samen herausnehmen und im Labor kultivieren; die Überlebenschancen sind gering. Köhlers Team nutzt unter anderem die Genschere CRISPR/Cas, um Genaktivitäten im Endosperm zu modifizieren und so die Kreuzbarkeit zwischen Arten zu vereinfachen. „Mit den neuen Methoden ist es möglich, sehr schnell verbesserte Arten herzustellen – ein entscheidender Schritt für eine klimaresiliente Landwirtschaft.“

Es ist eine sehr enge Beziehung, die Claudia Köhler zu Arabidopsis hegt. Schon als Doktorandin an der Universität Freiburg hat sie an diesem Kreuzblütler geforscht. Später konnte sie den Pflänzchen fundamentale Erkenntnisse entlocken, unter anderem darüber, wie im Endosperm Gene reguliert werden, die für den Konflikt zwischen der mütterlichen und väterlichen Seite verantwortlich sind. Köhler deckte auch auf, dass mobile genomische Elemente, sogenannte Transposons, für die Bildung des Endosperms entscheidend sind.

Die Molekularbiologin kam 2021 aus Schweden in den Potsdam Science Park. Bis 2024 war sie parallel Professorin an der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften in Uppsala. Vor allem die hervorragenden Bedingungen am Max-Planck-Institut haben sie bewogen, nach Potsdam-Golm zu wechseln. „Ich habe hier eine gesicherte Finanzierung für meine Grundlagenforschung und kann neben Arabidopsis an vielen anderen Arten forschen“, sagt sie. „Die Suche nach den wichtigsten Genen und epigenetischen Faktoren ist für mich wie ein Kriminalfall, bei dem man einen Täter überführen will – man sammelt Beweise, stellt Hypothesen auf und wenn die Daten am Ende zusammenpassen, fühlt sich das großartig an.“

Noch viele spannende Fälle der Pflanzen(epi)genetik möchte Claudia Köhler in Golm lösen. „Meine große Vision ist, vollständig zu verstehen, welche genetischen Grundmodule das Endosperm ausmachen, wie es sich nach der Befruchtung entwickelt und was genau seine Größe bestimmt“, sagt sie. Die technischen Methoden, um diese Frage zu beantworten, existieren bereits – die Neugier und das geeignete Umfeld auch. „Es ist eine wirklich spannende Zeit, um Wissenschaft zu betreiben“, sagt Köhler. „Wenn wir die Grundlagen der Pflanzengenetik verstehen, ist das von großem Nutzen für die Ernährungssicherheit der Menschheit.“

Die Projekte der Standortmanagement Golm GmbH im Potsdam Science Park werden kofinanziert aus Mitteln der Europäischen Union und des Landes Brandenburg.

Text: Mirco Lomoth