Die Gruppe von Dr. Alisdair Fernie konzentriert sich auf die Identifizierung von Faktoren, die an der metabolischen Regulation des Primärstoffwechsels sowohl in photosynthetischen als auch in heterotrophen Geweben beteiligt sind. Ein besonderer Fokus liegt auf der Rolle des Tricarbonsäurezyklus und seiner Beteiligung an verschiedenen biologischen Prozessen.
Darüber hinaus nutzen wir eine große genetische Vielfalt, um die Genetik der Metabolitenakkumulation zu verstehen, und entwickeln derzeit hochempfindliche Analysewerkzeuge zur Bestimmung von Stoffwechselflüssen. Verschiedene Arten von Tomaten, Mais und Arabidopsis thaliana sind die primären verwendeten Modellsysteme.
Manipulation der dominanten Flüsse des Kohlenstoffstoffwechsels
Different tomato accession lines (Solanum spec.) and Arabidopsis thaliana are the most important model organism for the group. 
Bei Kartoffeln (Solanum tuberosum) haben wir mehrere Strategien angewendet, um den Kohlenstofffluss in Stärke anzupassen. Interessanterweise nimmt in allen Fällen die Glykolyse zu, während die Stärkesynthese in diesen transgenen Pflanzen abnimmt. Derzeit beschäftigen wir uns auch mit der Analyse des Saccharose-Stärke-Übergangs in der Tomate (Solanum lycopersicum). Wo unsere Interessen sowohl den Saccharosetransport als auch seine Verwendung in menschlichen Organen umfassen.Angetrieben von der unerwarteten metabolischen Verschiebung hin zur Atmung in Pflanzen mit verstärkter Sucrolyse haben wir ein Projekt initiiert, das sich mit dem besseren Verständnis des Beitrags der TCA-Zyklusenzyme zur Stoffwechselregulation (auch in Tomaten) befasst. Interessanterweise zeigten diese Studien sehr enge Verbindungen zwischen mitochondrialem und photosynthetischem Stoffwechsel, die wir weiter untersuchen.
Analytische und experimentelle Werkzeugentwicklung
Diese faszinierenden Ergebnisse zwangen uns, eine breite Palette von Analysewerkzeugen zu entwickeln, um die Feinheiten der zellulären Biosynthesemaschinerie besser zu untersuchen. Wir haben nicht-wässrige subzelluläre Fraktionierungstechniken perfektioniert, um Chloroplasten und Vakuolen von Cytosol zu trennen. Wir betreiben ein Metaboliten-Profiling-System mit GC-MS, mit dem wir eine große Anzahl von Metaboliten in jeder dieser Proben (subzelluläre Fraktionen oder Gewebeproben) unterscheiden können. Über 300 Verbindungen können auf diese Weise profiliert werden > 100 dieser Verbindungen mit bekannten chemischen Strukturen. Eine weitere experimentelle Entwicklung, die wir erforschen, ist die Verwendung von chemisch induzierbaren Promotoren, um die Transgenexpression kontrolliert voranzutreiben, um Störungen des Stoffwechsels auf zeitlicher Basis zu untersuchen. In den letzten Jahren haben wir zusätzlich eine RT-PCR-Plattform für Tomatentranskriptionsfaktoren und sensitive Methoden zur Verfolgung des Metabolismus von mit stabilen Isotopen markierten Substraten sowie eine LC-MS-basierte Plattform für die Analyse pflanzlicher Phenylpropanoide und gezielte Hormonanalysen etabliert.
Metabolic Profiling in Solanaceous species
Metabolic Profiling mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) -Technologien stellt sowohl eine schnelle und robuste Methodik für die multiparallele Metabolitenanalyse als auch ein weitgehend ungenutztes Potenzial im Bereich der funktionellen Genomik dar. Wir sind derzeit dabei, mit dieser Technik den Primärstoffwechsel genetisch und ökologisch vielfältiger Solanaceen-Pflanzensysteme (sowohl Kartoffeln als auch Tomaten) zu profilieren. Die Verwendung dieser Technik in Verbindung mit bioinformatischen Werkzeugen für das Data Mining ermöglicht eine umfassende Analyse metabolischer Phänotypen und die Identifizierung metabolischer Phänokopien (d. h. Zwei unterschiedlich manipulierte Systeme, die sich aufgrund ihrer metabolischen Komplemente stark ähneln). Darüber hinaus erleichtert die Tatsache, dass diese Methode Informationen über viele Metaboliten innerhalb eines einzigen Extrakts liefert, die Anwendung einer umfangreichen Korrelationsanalyse zwischen den verschiedenen Metaboliten und ermöglicht so viele Rückschlüsse auf metabolische Wechselwirkungen innerhalb dieser Systeme.
Different introgression lines of Solanum lycopersicum each harbouring definded and distinct substitutions from Solanum pennelli that cover the entire genome. 
Wir haben in Zusammenarbeit mit Prof. Dani Zamir (Hebrew University of Jerusalem, Rehovot)ein großes Projekt durchgeführt, in dem wir das metabolische Komplement einer Reihe von über 80 Solanum lycopersicum Introgressionslinien profiliert haben, die jeweils definierte und unterschiedliche Substitutionen von Solanum pennelli aufweisen, die das gesamte Genom abdecken. Die Profilerstellung dieser Linien umfasst die MS-Analyse sowie die Analyse polymerer Verbindungen wie Stärke, Protein und Zellwandkomponenten. In jüngster Zeit haben wir diese auf der Ebene von Verbindungen, Geweben und Arten erweitert, um eine viel höhere Auflösung der genetischen Kontrolle des Stoffwechsels und der Konkurrenz von Pfaden und sogar Pflanzenorganen um Substrat unter einer Reihe von Umweltbedingungen zu erhalten.
Co-expression network between polyphenol metabolism and light signalling related genes. Co-expression data obtained from a co-expression database generated by ~1,400 of Affymetrix ATH1 microarrays was used in the construction of a co-expression network. Each node represents polyphenol metabolism (blue) and light signaling related genes (yellow). Koexpressionsnetzwerk zwischen Polyphenolmetabolismus und Lichtsignal-verwandten Genen. Co-Expressionsdaten, die aus einer Co-Expressionsdatenbank gewonnen wurden, die von ~ 1.400 Affymetrix ATH1-Mikroarrays generiert wurde, wurden zum Aufbau eines Co-Expressionsnetzwerks verwendet. Jeder Knoten repräsentiert den Polyphenolstoffwechsel (blau) und die mit Lichtsignalen verbundenen Gene (gelb).
Auch in Tomatenfrüchten haben wir begonnen, funktionelle Netzwerke zu entschlüsseln, die mit Transkriptionsfaktoren assoziiert sind, und haben Projekte zum Metabolic Engineering und zur metabolomisch unterstützten Züchtung von Phenolen (die bekanntermaßen gesundheitliche Vorteile für den Menschen haben und die Stressreaktionen in den Pflanzen selbst unterstützen). Bei Arabidopsis verfolgen wir einen ähnlichen Ansatz in Bezug auf Phenole – mit besonderem Augenmerk auf die Isolierung, Identifizierung und funktionelle Charakterisierung neuer Phenylpropanoide.
Andere Gruppenaktivitäten
Die Gruppe von Alisdair Fernie ist derzeit auch über Mittel aus dem EU Horizon2020 TEAMING PROJECT PlantaSyst (SGA-CSA No 664621 und No 739582 unter FPA No. 664620) an der Gründung des Zentrums für Pflanzensystembiologie und Biotechnologie in Plovdiv, Bulgarien, beteiligt.
