Potsdam, Germany
June 2, 2025
The visionary SyncSol research project to optimize plant genomes is receiving 9.1 million pounds (approximately 11 million euros) in funding from the British funding agency Advanced Research and Invention Agency (ARIA). The collaborative research project of the Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology (MPI-MP) could enable the breeding of plants that absorb additional CO₂ from the atmosphere or produce medicines.
The team of Institute Director Prof. Ralph Bock (left) and Project Manager Dr. Daniel Dunkelmann (right) will soon be developing next-generation crops with optimized chloroplast genomes. - © MPI-MP/sevens+maltry
- Funding: The SyncSol research project at the Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology receives 9.1 million pounds (approximately 11 million euros) from the British funding agency Advanced Research and Invention Agency (ARIA).
- Research: The project seeks to develop a universal chloroplast genome that can be transferred across different plant species, making plant breeding more efficient and versatile.
- Applications: Optimized crops could produce pharmaceuticals, biofuels, sustainable materials or absorb additional CO₂ from the atmosphere, addressing challenges like climate change or species extinction.
- Impact: Success in this project could lead to significant benefits for agriculture, the environment, and society, along with potential economic advantages.
A new era of plant biotechnology
Until now, breeding new plants has required a laborious customization of genomes for each individual plant species – a costly and time-consuming process that significantly limits the application of genetic improvements. SyncSol aims to change this: a new research program at the MPI-MP in Potsdam aims to develop a universal chloroplast genome that can be flexibly transferred to different plant species. This would make plant breeding much more efficient and versatile.
The project is led by synthetic biologist Dr. Daniel Dunkelmann, who is based in the Department of Organelle Biology, Biotechnology and Molecular Ecophysiology at the MPI-MP. Thanks to the support of ARIA, the research team is able to work on a new generation of crops in close collaboration with British and American partners and innovative start-ups Constructive Bio and Camena Bioscience.
“Our approach opens up completely new possibilities,” explains Dr. Dunkelmann. ”If we can optimize crops quickly and in a targeted manner, there are numerous applications: in the future, plants could produce pharmaceuticals, biofuels or sustainable materials. Our crops could be adapted to the challenges of the climate crisis and species extinction – and at the speed we need.”
Prof. Dr. Ralph Bock, Director of the MPI-MP and head of the department, emphasizes the scope of the project: “The possibilities that this ambitious research project could offer to us are immense.”
Milestone for optimized plant breeding
The researchers' specific goal is to develop a universal chloroplast genome that is viable in all plants of the nightshade family, including tomatoes, potatoes, and tobacco. Until now, such genetic components could only be created for individual plant species, which makes breeding new, improved plants extremely resource- and time-intensive.
In addition, the developed genome is to be expanded to include a complex trait that is of socio-economic value in various crops. The research will thus lay the foundation for more sustainable, efficient plant breeding – with far-reaching positive effects on agriculture, the environment and society.
Dr. Daniel Dunkelmann in purple shirt tending to tomato plants in a greenhouse.
“We are pushing the boundaries of what is possible here. But if successful, this project could have a significant positive impact on the world – and at the same time bring great economic benefits,” says Dr. Dunkelmann. ”ARIA's funding gives us the chance to potentially achieve a breakthrough.”
Background
Advanced Research and Invention Agency (ARIA)
The ARIA Synthetic Plants program, led by Angie Burnett, aims to develop more resilient, productive and sustainable crops. In the first phase of the £62.4 million project, start-ups and research teams from various disciplines are working on the development of synthetic chromosomes and chloroplasts. These will equip plants with new properties, such as saving water or securing yields in difficult conditions. In addition, two teams are exploring the social and ethical considerations of the technology.
Millionenförderung für Pflanzen der Zukunft - Max-Planck-Institut erhält Förderung für Forschung an universellem Chloroplasten-Genom
Das visionäre Forschungsprojekt SyncSol zur Optimierung von Pflanzengenomen wird mit 9,1 Millionen Pfund (ca. 11 Millionen Euro) von der britischen Förderagentur Advanced Research and Invention Agency (ARIA) gefördert. Das kollaborative Forschungsprojekt des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI MP) könnte die Züchtung von Pflanzen ermöglichen, die zusätzliches CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen oder Medikamente produzieren.
- Finanzierung: Das Forschungsprojekt SyncSol am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie erhält 9,1 Millionen Pfund (ca. 11 Millionen Euro) von der britischen Förderagentur Advanced Research and Invention Agency (ARIA).
- Forschung: Das Projekt zielt darauf ab, ein universelles Chloroplastengenom zu entwickeln, das zwischen verschiedenen Pflanzenarten übertragen werden kann, um die Pflanzenzüchtung effizienter und vielseitiger zu gestalten.
- Anwendungen: Optimierte Nutzpflanzen könnten Arzneimittel, Biokraftstoffe und nachhaltige Materialien produzieren oder zusätzliches CO₂ aus der Atmosphäre binden und so Herausforderungen wie den Klimawandel oder das Artensterben angehen.
- Auswirkungen: Der Erfolg dieses Projekts könnte erhebliche Vorteile für die Landwirtschaft, die Umwelt und die Gesellschaft sowie potenzielle wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen.
Eine neue Ära der Pflanzenbiotechnologie
Bisher erfordert die Züchtung neuer Pflanzen eine aufwendige Anpassung der Genome für jede einzelne Pflanzenart – ein kostspieliger und zeitintensiver Prozess, der die Anwendung genetischer Verbesserungen erheblich einschränkt. SyncSol möchte das ändern: Ein neues Forschungsprogramm des MPI MP in Potsdam zielt darauf ab, ein universelles Chloroplastengenom zu entwickeln, das sich flexibel auf verschiedene Pflanzenarten übertragen lässt. Dies würde die Pflanzenzüchtung deutlich effizienter und vielseitiger gestalten.
Geleitet wird das Projekt von dem Synthetischen Biologen Dr. Daniel Dunkelmann, der am MPI MP in der Abteilung Organellenbiologie, Biotechnologie und molekulare Ökophysiologie forscht. Dank der Förderung durch ARIA kann das Forschungsteam in enger Zusammenarbeit mit britischen und amerikanischen Partnern sowie den innovativen Start-ups Constructive Bio und Camena Bioscience an einer neuen Generation von Nutzpflanzen arbeiten.
„Unser Ansatz eröffnet völlig neue Möglichkeiten.“, erklärt Dr. Dunkelmann. „Wenn wir Nutzpflanzen schnell und gezielt optimieren können, ergeben sich zahlreiche Anwendungen: Pflanzen könnten in Zukunft Pharmazeutika, Biokraftstoffe oder nachhaltige Materialien produzieren. Unsere Nutzpflanzen ließen sich an die Herausforderungen der Klimakrise und des Artensterbens anpassen – und das in der erforderlichen Geschwindigkeit.“
Auch Prof. Dr. Ralph Bock, Direktor des MPI-MP und Leiter der Abteilung, betont die Tragweite des Vorhabens: „Die Möglichkeiten, die uns dieses ehrgeizige Forschungsprojekt bieten könnte, sind immens.“
Ein Genom – viele Möglichkeiten
Das konkrete Ziel der Forscherinnen und Forscher ist die Entwicklung eines universellen Chloroplasten-Genoms, das in allen Pflanzen der Familie der Nachtschattengewächse funktionsfähig ist – darunter Tomaten, Kartoffeln, Paprika, Auberginen und Tabak. Bislang können solche genetischen Komponenten nur für einzelne Pflanzenarten erstellt werden, was die Züchtung neuer, verbesserter Pflanzen extrem ressourcen- und zeitintensiv macht.
Darüber hinaus soll das entwickelte Genom um eine Eigenschaft (z.B. verbesserte Photosynthese oder Anpassung an ungünstige Umweltbedingungen) erweitert werden, das in verschiedenen Nutzpflanzen von sozioökonomischem Wert ist. Die Forschung legt damit den Grundstein für eine nachhaltigere, effizientere Pflanzenzucht – mit weitreichenden positiven Auswirkungen auf Landwirtschaft, Umwelt und Gesellschaft.
Dr. Daniel Dunkelmann in violettem Hemd pflegt Tomatenpflanzen in einem Gewächshaus.
„Wir bewegen uns hier an der Grenze des Machbaren. Doch im Erfolgsfall könnte dieses Projekt einen erheblichen positiven Einfluss auf die Welt haben – und zugleich einen großen wirtschaftlichen Nutzen bringen“, so Dr. Dunkelmann. „Die Förderung durch ARIA gibt uns die Chance, einen Durchbruch erzielen zu können.“
Hintergrund
Advanced Research and Innovation Agency (ARIA)
Das ARIA-Programm für synthetische Pflanzen unter der Leitung von Angie Burnett zielt darauf ab, widerstandsfähigere, produktivere und nachhaltigere Nutzpflanzen zu entwickeln. In der ersten Phase des 62,4 Millionen Pfund schweren Projekts arbeiten Start-ups und Forschungsteams aus verschiedenen Disziplinen an der Entwicklung synthetischer Chromosomen und Chloroplasten. Diese sollen Pflanzen mit neuen Eigenschaften ausstatten, etwa zur Wassereinsparung oder zur Sicherung von Erträgen bei schwierigen Bedingungen. Zusätzlich untersuchen zwei Teams die sozialen und ethischen Fragen der Technologie.
Topics
Species
