Chinakohl, Brokkoli und Tomaten sind für Jutta Ludwig-Müller mehr als nur gesundes Gemüse. Als Pflanzenphysiologin interessiert die 56-Jährige vor allem eins: die Lebensvorgänge in Pflanzen. In ihrem Labor an der Technischen Universität Dresden versucht die gebürtige Hessin zu ergründen, wie der Stoffwechsel in diesen Nutzpflanzen abläuft und welche Prozesse deren Wachstum und Vermehrung fördern oder behindern. Im Fokus ihrer Forschung stehen Hormone, die ähnlich wie beim Menschen auch bei Pflanzen lebenswichtige Prozesse steuern. Hier ist es vor allem das Phytohormon Auxin, das die Forscherkarriere von Jutta Ludwig-Müller seit 30 Jahren begleitet.

Pflanzenforschung statt Tierversuche

Der Wunsch Biologie zu studieren, wurde bei der aus Frankfurt am Main stammenden Forscherin bereits in der Schule geweckt. „Ich habe in der Oberstufe eine wirklich gute Lehrerin gehabt, die mir die Biologie und insbesondere die Molekularbiologie nahegebracht hat“, sagt Ludwig-Müller. Fasziniert von Genetik und Erbgutanalysen wollte sie daher zunächst den Weg in Richtung medizinische Forschung einschlagen. Doch Tierversuche waren nichts für die Biologiestudentin. Noch während ihres Studiums an der Frankfurter Goethe-Universität wurde sie auf die Pflanzenforschung aufmerksam. „Ich hatte an der Uni ein sehr prägendes Praktikum, bei dem es um pflanzliche Hormone ging. Da habe ich erstmals erlebt, wie sich die Pflanze entwickelt und das hat mich fasziniert.“

Biosynthesereaktion bei Auxin geklärt

Bereits in der Diplomarbeit beschäftigte sie sich mit dem Pflanzenhormon Auxin und dessen Biosynthese. Ihr Untersuchungsobjekt: Chinakohl. Anhand des Kreuzblüters konnte die angehende Diplom-Biologin eine wichtige Reaktion im Biosyntheseprozess von Auxin nachweisen. „Das war der erste Schritt zur Biosynthese von Auxin. Ich konnte zeigen, wie die Aminosäure Tryptophan von einem Enzym umgewandelt wird“, sagt Ludwig-Müller.

Rolle des Hormons bei Pflanzenkrankheiten im Blick

Gleich nach dem Ende des Studiums, im Jahr 1986, nahm die junge Biologin ihre Promotion in Angriff, um die Forschung zu den Auxinen fortzusetzen. Nun richtete sich ihr Blick auf die Rolle des Hormons bei Pflanzenkrankheiten. Mithilfe ihres damaligen Mentors Willy Hilgenberg vom Botanischen Institut der Frankfurter Universität fand sie in der jüdischen Buchmann-Stiftung einen Finanzier für ihre Doktorarbeit. Darin ging es neben der Auxinbiosynthese vor allem um deren Rolle bei der Pflanzenkrankheit Kohlhernie. Die Krankheit wird durch den Erreger Plasmodiophora brassicae ausgelöst, der Wurzeln zahlreicher Kreuzblütengewächse wie Chinakohl, aber auch Zierpflanzen befällt. Bei ihren zahlreichen Gastaufenthalten am Volcani-Center in Israel traf Jutta Ludwig-Müller den Auxin-Experten Ephraim Epstein, der ihre Forschungsarbeit unterstützte und bis heute aus dem Ruhestand begleitet.

Moderne Hormonanalyse schärft Blick für weitere Forschung 

Mit der erfolgreichen Promotion 1990 begann ihre berufliche Karriere am Botanischen Institut der Goethe-Universität. Lehrtätigkeit und Gastaufenthalte in Israel und den USA prägten das Leben der Pflanzenphysiologin bis 1999. Ihre Postdoc-Zeit Mitte der 1990er an der Case Western Reserve University in Ohio/Cleveland bei dem Molekulargenetiker Chris Town wurde zu einem weiteren Meilenstein in ihrer Auxinforschungslaufbahn. Später traf sie am United States Department of Agriculture in Maryland, USA auf den Hormonanalytiker Jerry Cohen, der der Wissenschaftlerin den Einblick in bis dato unbekannte Sphären der Hormone ermöglichten. „In dem Labor konnte ich mit Geräten arbeiten, die wir in Frankfurt damals nicht hatten. Hier habe ich viel von moderner Hormonanalytik gelernt.“

Seit 1999 forscht und lehrt Jutta Ludwig-Müller an der Technischen Universität Dresden, wo sie seither einen eigenen Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie innehat. Doch dieser wurde ihr nicht auf dem goldenen Tablett präsentiert. „Als ich nach Dresden kam war der Fachbereich Biologie gerade im Aufbau. Da herrschte Aufbruchstimmung. Das war zwar anstrengend, hatte aber den Vorteil, dass man sehr viel von seinen eigenen Vorstellungen in die Studiengänge einbringen konnte“, erinnert sich die Forscherin. Auf ihre Initiative wurde die Vorlesung zur Pflanzenphysiologie um ein Praktikum erweitert.

Zusammenspiel von Pflanzen und Mikroorganismen ergründen

Die Zeiten von Laborcontainer und provisorischen Büros sind längst Vergangenheit. Heute forscht und lehrt Jutta Ludwig-Müller in einem modernen Gebäude, das für die Fakultät Biologie eigens erbaut wurde. Ihrer Leidenschaft zu den Auxinen und deren Rolle bei Pflanzenkrankheiten ist die Forscherin treu geblieben. Mittlerweile konzentriert sich ihre Arbeit verstärkt auf das Zusammenspiel von Pflanzen und Mikroorganismen, deren Verhältnis ebenfalls von Pflanzenhormonen bestimmt werden. „Es gibt Mikroben, die eine kranke Pflanze in ihrer Gesundheit verbessern. Hier versuchen wir zu klären, wie man Hormone nutzen kann, um die Stressantwort der Pflanze positiv zu beeinflussen.“

Suche nach Werkzeugen für die Pflanzenzüchtung 

Erst kürzlich konnte die Forscherin gemeinsam mit Kollegen vom Volcani-Center in Israel nachweisen, wie sich extremer Hitzestress in Tomatenpflanzen bemerkbar macht: Auch hier spielt Auxin eine Rolle. Bei Hitze nimmt die Konzentration des Phytohormons ab, wodurch Blüten- und Fruchtentwicklung beeinträchtigt werden. „Jetzt suchen wir nach den molekularen Ursachen, um Pflanzenzüchtern ein Werkzeug an die Hand zu geben.“

Bei der Pflanzenkrankheit Kohlhernie ist die Forscherin indes einen Schritt weiter. Mithilfe moderner molekularbiologischer Methoden konnte sie relevante Gene des Erregers isolieren und aufzeigen, dass sie auch den Hormonstoffwechsel beeinflussen. Doch ihr eigentliches Lieblingsprojekt hat nichts mit Gemüse zu tun. Im Fokus steht die Tatarische Aster, die in Sibirien beheimatet ist. „Auf dieses Projekt bin ich besonders stolz. Hier hat eine Doktorandin entdeckt, dass ein Pilz ein Metabolit synthetisiert, welcher ursprünglich der Pflanze zugeschrieben wurde. Diese Metaboliten haben wahrscheinlich auch ein ganz interessantes bioaktives Potenzial.“

Sekundäre Pflanzenstoffe besser nutzen

Dank der Fortschritte in der Molekularbiologie ist Jutta Ludwig-Müller nach vielen Jahren dort angekommen, wo sie ursprünglich hinwollte – in der angewandten Forschung. Ihr Ziel ist ambitioniert: „Ich möchte die Pflanzen in ihrer Interaktion mit der Umwelt verbessern. Das gilt sowohl für die Stresstoleranz als auch für die Pflanzenkrankheiten. Zum anderen wollen wir versuchen, bekannte sekundäre Pflanzenstoffe zu nutzen und verstehen, wo man sie noch einsetzen kann.“ Ihr bisheriges Wissen über das Potenzial pflanzlicher Naturstoffe hat sie gemeinsam mit einem Kollegen bereits in einem Lehrbuch verewigt.

Autorin: Beatrix Boldt