Laboratorium Badań Roślin MSU-DOE
PRL | |
| Motto | Nauka o roślinach napędza innowacje |
|---|---|
| Przyjęty | 1965 |
| Typ badań | Badania podstawowe nad organizmami fotosyntetycznymi; aplikacje w świecie rzeczywistym |
| Budżet | 10 milionów dolarów (dotacje na badania) |
Dziedzina badań |
|
| Dyrektor | Krzysztof Benning |
| Personel | 150 |
| Lokalizacja |
Współrzędne : East Lansing , Michigan , Stany Zjednoczone |
| Afiliacje | |
| Strona internetowa | |
MSU -DOE Plant Research Laboratory (PRL) , potocznie zwane Plant Research Lab , to instytut badawczy finansowany w dużej mierze przez Departament Energii USA Office of Science i zlokalizowany na Michigan State University (MSU) w East Lansing , Michigan . Laboratorium Badań nad Roślinami zostało założone w 1965 roku i obecnie obejmuje dwanaście laboratoriów prowadzących wspólne badania podstawowe nad biologią różnych roślin fotosyntetycznych organizmów żywych, w tym roślin , bakterii i alg , oprócz opracowywania nowych technologii w celu sprostania wyzwaniom związanym z energią i żywnością.
Historia
1964-1978
Umowa o utworzeniu Laboratorium Badań Roślin MSU-DOE została podpisana 6 marca 1964 r. pomiędzy Amerykańską Komisją Energii Atomowej (AEC) a Uniwersytetem Stanowym Michigan. Instytut był początkowo finansowany przez Wydział Biologii i Medycyny AEC, który dostrzegł potrzebę poprawy stanu nauk o roślinach w Stanach Zjednoczonych. Dział miał na celu stworzenie nowego programu na jednym lub kilku uniwersytetach, w którym można by wspierać zainteresowanie studentów badaniami nad roślinami.
Umowa podpisana pomiędzy AEC a Michigan State University przewidywała kompleksowy program badawczy w dziedzinie biologii roślin oraz pokrewne kształcenie i szkolenie na poziomie magisterskim i podyplomowym. Program miał silnie czerpać z dyscyplin pokrewnych, takich jak biochemia , biofizyka , genetyka , mikrobiologia i inne.
W 1966 roku personel nowego programu - zwanego wówczas MSU-AEC Plant Research Laboratory - przeniósł się do nowej kwatery w budynku Plant Biology Laboratories na Michigan State University. Pierwsze projekty badawcze zasadniczo koncentrowały się na problemach specyficznych dla roślin, takich jak wzrost komórek i jego regulacja przez hormony roślinne , struktura i skład ściany komórkowej oraz fizjologia powstawania kwiatów; inne projekty badawcze dotyczyły ogólnych problemów biologicznych, takich jak regulacja tworzenia enzymów podczas rozwoju oraz komórkowe i genetyczne aspekty działania hormonów.
W latach siedemdziesiątych fundusze federalne na Plant Research Lab wielokrotnie przechodziły z rąk do rąk. AEC została zlikwidowana w następstwie ustawy o reorganizacji energetyki z 1974 r. , a jej funkcje zostały przydzielone dwóm nowym agencjom. W 1975 roku Plant Research Lab otrzymało wsparcie nowo utworzonej Energy Research and Development Administration , która z kolei została skonsolidowana w Departament Energii USA (DOE) w 1978 roku. Nazwa instytutu została zmodyfikowana zgodnie ze zmianami w poziomie federalnym, ostatecznie decydując się na obecną nazwę, MSU-DOE Plant Research Laboratory.
1978-2006
DOE rozszerzył mandat laboratorium, aby przyjrzeć się podstawowym procesom roślinnym, zwłaszcza w odniesieniu do wzrostu roślin jako zasobu odnawialnego , z naciskiem na badania przenoszące się na nowoczesną biologię molekularną roślin . W tym okresie naukowcy z Plant Research Lab byli jednymi z pionierów, którzy wprowadzili wykorzystanie rośliny modelowej Arabidopsis thaliana do biologii roślin.
Począwszy od lat 90. Plant Research Lab zapoczątkowało kulturę projektów grupowych, które łączyły talenty członków wydziału Plant Research Lab z naukowcami z innych wydziałów Uniwersytetu Stanowego Michigan w celu rozwiązywania trudnych i ryzykownych projektów badawczych. Projekty obejmowały biosyntezę składników ściany komórkowej, ustanowienie systemu genetycznego promieniowca Frankia wiążącego azot , badanie molekularnych podstaw indukcji kwitnienia , badanie czynników transkrypcyjnych związanych z błoną i inne.
2006-obecnie
W 2006 roku misja badawcza Plant Research Lab została przekierowana, aby dopasować się do nowych priorytetów Biura Podstawowych Nauk o Energii DOE (DOE-BES) . Program DOE przechodził reorganizację, a cele koncentrowały się teraz na podstawowych aspektach wychwytywania, konwersji i osadzania energii i węgla w cząsteczkach bogatych w energię zarówno w roślinach, jak i drobnoustrojach .
Ta zmiana kierunku badań doprowadziła do rekonfiguracji grupowych projektów badawczych i zatrudnienia nowych wykładowców. W 2013 roku model projektu grupowego, przyjęty po raz pierwszy w latach 90. XX wieku, stał się podstawowym modelem badawczym - „zespołami badawczymi zajmującymi się tematami badawczymi” - dla wszystkich badań finansowanych przez DOE-BES. Rozpoczęto trzy podstawowe projekty badawcze (przejdź do sekcji) w celu zrozumienia podstaw nauki o organizmach fotosyntetyzujących, w tym badania procesów fotosyntezy w wielu skalach organizacji biologicznej, począwszy od subkomórkowych (np. związki fotoaktywne , enzymy , kompleksy białkowe i mikrokompartmenty bakteryjne , błona tylakoidów ), do ogólnej integracji fotosyntezy w komórkach i organizmach w ich środowisku. Kolejnym celem jest zrozumienie fotosyntezy w „prawdziwym życiu”, sposobu, w jaki jest ona regulowana przez zmiany w środowisku naturalnym oraz w odpowiedzi na wyzwania środowiskowe. Długoterminowym celem łączącym te obszary badawcze jest poprawa wydajności fotosyntezy i opracowanie nowych przemysłowych zastosowań technologicznych.
Od 2020 roku Plant Research Lab miało ponad 900 absolwentów na całym świecie, z których wielu objęło ważne stanowiska akademickie, przemysłowe i rządowe. Od momentu powstania 18 naukowców Plant Research Lab zostało wybranych członkami Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych , co jest prestiżowym wyróżnieniem dla naukowców w Stanach Zjednoczonych; 21 zostało wybranych na członków American Association for the Advancement of Science Fellows; a 23 zostało wybranych na członków Amerykańskiego Towarzystwa Biologów Roślin.
Badania
Departament Grantu Energetycznego
Projekty współpracy finansowane przez DOE napędzają badania prowadzone w Laboratorium Badań nad Roślinami MSU-DOE. Projekty obejmują wszystkie dwanaście laboratoriów Plant Research Lab i opierają się na ich różnorodnych obszarach wiedzy specjalistycznej w celu rozwiązania kluczowych problemów, które są zbyt duże, aby badać je w poszczególnych laboratoriach. Badania dotyczą niektórych z dzisiejszych najtrudniejszych zagadnień naukowych, które mają wpływ na odnawialne źródła energii , zrównoważony rozwój żywności oraz technologie medyczne i przemysłowe.
- Jeden z obszarów badawczych bada, w jaki sposób fotosynteza dostosowuje się do zmieniających się warunków środowiskowych , koncentrując się na funkcjach genów i szlakach zaangażowanych w zwiększanie odporności fotosyntezy w dynamicznych środowiskach. Badania rozwiązują ten problem, opracowując nowe instrumenty naukowe, które testują rośliny i bakterie fotosyntetyzujące w szerokim zakresie realistycznych warunków i identyfikują nieodkryte procesy, które dostosowują tempo aktywności fotosyntetycznej; oraz poprzez tworzenie zautomatyzowanych dużych zbiorów danych i potoków bioinformatycznych .
- Drugi obszar badań dotyczy sposobu, w jaki organizmy fotosyntetyzujące wyczuwają i regulują proporcje energii i węgla między wzrostem a innymi procesami metabolicznymi, takimi jak na przykład ochrona przed stresami abiotycznymi i biotycznymi . Wizją tego projektu jest całościowe zrozumienie tych procesów fotosyntezy i metabolizmu w szerokim zakresie skal przestrzennych i czasowych oraz opracowanie modeli opisujących wzajemne oddziaływanie tych procesów.
- Trzeci obszar badawczy obejmuje badania strukturalne i funkcjonalne białek, które są wykorzystywane do budowy subkomórkowych mikrokompartmentów w cyjanobakterii , z długoterminowym celem zmiany przeznaczenia tych naturalnych kompartmentów w celu inżynierii ulepszeń w fotosyntezie, nowych odnawialnych źródeł energii oraz nowych związków i struktur molekularnych dla zastosowań medycznych lub przemysłowych.
Inne technologie badawczo-rozwojowe
Oprócz wspólnych projektów finansowanych przez DOE, poszczególne laboratoria prowadzą badania molekularne w różnych obszarach, w tym biopaliwa z alg , odporność roślin na zagrożenia biotyczne i abiotyczne , dynamika błon wydzielniczych , dynamika organelli energetycznych ( tj . mitochondria , peroksysomy i chloroplasty ) oraz molekularne analizy genetyczne i biochemiczne fotomorfogenezy . Laboratorium Badań Roślin opracowało również innowacyjne technologie i metody, które pomogą odpowiedzieć na nowe pytania badawcze. Aktualne przykłady obejmują:
- Zestawy narzędzi biologii syntetycznej do badania i modyfikowania mikrokompartmentów bakteryjnych lub do opracowywania konsorcjów syntetycznych drobnoustrojów lub do inżynierii bakterii, alg i roślin jako systemów produkcji biopaliw i innych cennych związków medycznych lub przemysłowych.
- do dynamicznego obrazowania fotosyntetycznego środowiska , które rejestrują różnorodne warunki środowiskowe obserwowane w terenie, takie jak intensywność światła lub wzorce pogodowe, i odtwarzają je w warunkach laboratoryjnych. Komory są wyposażone w kamery, które tworzą w czasie rzeczywistym mapy cieplne aktywności fotosyntetycznej, aż do poziomu poszczególnych liści.
- PhotosynQ , platforma, która łączy w sobie urządzenie podręczne z pamięcią masową w chmurze i możliwościami analitycznymi, które pozwalają użytkownikom mierzyć zdrowie roślin na podstawowym poziomie w terenie i zbierać dane w dowolnym miejscu na świecie.
- Środowiskowe fotobioreaktory , które umożliwiają naukowcom badanie glonów w takich samych warunkach, jak w stawach zewnętrznych, ale w znacznie bardziej kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.
Operacje i zarządzanie
Michigan State University prowadzi Laboratorium Badań Roślin MSU-DOE na podstawie umowy z Departamentem Energii. Dyrektor instytutu podlega zarówno College of Natural Sciences Uniwersytetu Stanowego Michigan , jak i Departamentowi Energii Stanów Zjednoczonych, Office of Science, programowi Basic Energy Sciences.
Plant Research Lab znajduje się na kampusie East Lansing Uniwersytetu Stanowego Michigan i ma grupy zarówno w budynkach Plant Biology Laboratory, jak i Molecular Plant Sciences. Instytut składa się z dwunastu laboratoriów badawczych, z których każdy jest kierowany przez stałego członka wydziału i zatrudnia około 150 pracowników. Jej dwunastu wykładowców zatrudnionych na stałe zajmuje również stanowiska na wydziałach akademickich i programach na Uniwersytecie Stanowym Michigan.
Zakład Badawczy Roślin jest wyłącznie instytutem badawczym i nie przyznaje stopni naukowych swoim studentom. W związku z tym absolwenci Laboratorium Badawczego Roślin są powoływani zarówno do instytutu, jak i co najmniej jednego z powiązanych wydziałów lub programów akademickich, z których ten ostatni przyznaje tytuł doktora. stopni. Współpracownicy ze stopniem doktora są powoływani do Plant Research Lab z przywilejami Uniwersytetu Stanowego Michigan, takimi jak opieka zdrowotna i finansowanie.
Dyrektorzy Laboratorium
- Antona Langa (1965-1978)
- Hansa Kende (1978-1980)
- Charles Arntzen (1980-1984)
- Hansa Kende (1984-1988)
- Peter Wolk (1988-1992)
- Kenneth Keegstra (1993-2006)
- Michael Thomashow (2006-2015)
- Christoph Benning (2015 – obecnie)