Ziel des Projektes ist es, mittels assoziationsgenetischer Verfahren genomische Regionen bzw. Gene zu identifizieren, die an der Trockentoleranz der Gerste beteiligt sind. Für diesen Zweck gilt es in einem ersten Schritt aus einem Sortiment von 314 Sommergerstengenotypen bestehend aus 90 deutschen Sommergerstensorten und 224 genetisch und geographisch diversen Sommergerstengenotypen - basierend auf mittels des 9kiSelect Chips gewonnenen Daten zur genetischen Ähnlichkeit - 192 Genotypen auszuwählen, welche die in diesem Set vorhandene genetische Diversität repräsentieren. Mit insgesamt 9000 genbasierten SNP-Markern (9kiSelect Chip) wird die für eine genomweite Assoziationsstudie (GWA) nötige Markerabdeckung erzielt. Zusätzlich zu diesem genomweiten Ansatz werden aus der Literatur bekannte Kandidatengene für Trockentoleranz allelspezifisch sequenziert und in die Assoziationsstudien einbezogen. Um des weiteren genotypische Unterschiede in der Expression von trockentoleranzassoziierten Gene zu ermitteln, werden die extremen Genotypen der Population mittels Real-Time PCR analysiert. Die Phänotypisierungen dieser Genotypen erfolgt in Gefäßversuchen am Julius-Kühn-Institut in Groß- Lüsewitz. Trockenstress wird mit Beginn der Blüte appliziert. Erfasst werden neben der absoluten und relativen Ertragsleistung und Veränderungen der Ertragsstrukturparameter, der Chlorophyllgehalt, die Chlorophyllfluoreszenz, der relative Blattwassergehalt bzw. das relative Blattwasserdefizit sowie der Akkumulation von freiem Prolin, Glycinbetain und löslichen Zuckern. Parallel werden diese Genotypen an der Universität Hannover bzw. an der Universität Hohenheim im Hinblick auf die Reaktion auf das Auftreten von Trockenstress in der vegetativen und generativen Entwicklungsphase (SU) analysiert sowie an einem Trockenstandort in zweijährigen Feldversuchen (K), in welchen zusätzlich die Infrarotthermografie zur Charakterisierung der Trockentoleranz eingesetzt wird (K). Die auf diese Weise generierten phänotypischen und genotypischen Daten bilden die Grundlage für die assoziationsgenetische Identifikation von QTL für Trockentoleranz bei Gerste, welche gemeinsam mit den phänotypischen und genotypischen Daten Eingang in die Modellierungsarbeiten finden.
Das „Kranzberg Forest Roof Project“ (KROOF) wird seit 2013 durch die DFG gefördert. Die Expertise der drei, der TUM zugehörigen Gruppen, decken die Waldwachstumskunde, Ökophysiologie und Rhizosphärenbiologie ab. Im Rahmen des Weave-Programmes ist die Universität Innsbruck beteiligt. In der ersten Förderperiode (KROOF 1) wurde in einem adulten Buchen/Fichten-Mischbestand in Süddeutschland ein Austrocknungsexperiment mit ca. 100 Bäumen konzipiert und die Auswirkungen von mehrjähriger Sommertrockenheit auf Bäume und deren Ektomykorrhizen erfasst. Vergleichend wurde die Anpassung an langjährige Trockenheit an fünf Standorten entlang eines Niederschlagsgradienten untersucht. In der zweiten Förderperiode (KROOF 2) stand die Erholung der Bestände im Zentrum des Interesses. In der nun beantragten dritten Förderperiode soll die Vorbehandlung durch Trockenheit genutzt werden, um die Bäume einem erneuten Trockenstress auszusetzten. Dadurch soll geklärt werden, ob die Bestände durch die vorangegangene Trockenheit angepasst, d.h. weniger empfindlich, gegenüber dem erneuten Trockenstress sind, oder ob die Vorbehandlung zu einer Vorschädigung geführt hat und die Bäume dadurch früher an die Grenzen ihrer Trockentoleranz stoßen und letale Schädigungen erleiden. Durch die induzierte, potentiell letale Trockenheit sollen Mechanismen der Trockenheitsresistenz und Prozesse des Absterbens der Bäume erarbeitet werden. Im Zentrum stehen die folgenden Hypothesen:„Mixing“-Hypothese: Mischbestände profitieren von der strukturellen Heterogenität und asynchroner Ressourcennutzung bei Trockenheit.„Weakest link“-Hypothese: Die Anpassung an Wassermangel wird bei extremer Trockenheit durch den Zusammenbruch des schwächsten Glieds des Wassertransports entlang des Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum außer Kraft gesetzt.„Legacy“-Hypothese: Baumbodensysteme, die einer früheren Trockenheit ausgesetzt waren, kommen besser mit erneuter Trockenheit zurecht als solche die zum ersten Mal extreme Trockenheit erleiden.Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt darauf ab, die vielschichtigen Reaktionsweisen von Rein- und Mischbeständen aus Fichte und Buche auf wiederholte Trockenheitsereignisse zu untersuchen. Es nutzt Daten aus KROOF 1 und KROOF 2 und wird durch neue Messungen ergänzt. Das Vorhaben beleuchtet Akklimatisierungsmechanismen von der Organ- bis zur Bestandsebene und analysiert die Folgen wiederholter Dürre auf Baumwachstum und Sterblichkeit. Das Ziel besteht darin, die empirischen Ergebnisse in das prozessorientierte Einzelbaumwachstumsmodell BALANCE zu integrieren. Dies ermöglicht präzise Simulationen und Untersuchungen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Dimensionen. Entscheidende Einblicke in das dynamische Zusammenspiel zwischen Wäldern und ihrer sich verändernden Umwelt können gegeben werden, was sowohl der Wissenschaft als auch der nachhaltigen Waldbewirtschaftung zugutekommen wird.
Das „Kranzberg Forest Roof Project“ (KROOF) wird seit 2013 als Paket von drei Einzelanträgen durch die DFG gefördert. Die Expertise der beteiligten Gruppen deckt die Waldwachstumskunde, Ökophysiologie und Rhizosphärenökologie ab. Über das Weave-Programm ist die Universität Innsbruck beteiligt. In der ersten Förderperiode (KROOF 1) wurde in einem adulten Buchen/Fichten-Mischbestand in Süddeutschland ein Austrocknungsexperiment mit ca. 100 Bäumen konzipiert und die Auswirkungen mehrjähriger Sommertrockenheit auf Bäume und ihrer Ektomykorrhizen erfasst. Vergleichend wurde die Anpassung an langjährige Trockenheit an fünf Standorten entlang eines Niederschlagsgradienten untersucht. In der zweiten Förderperiode (KROOF 2) stand die Erholung der Bäume und Bestände im Zentrum. In der nun beantragten dritten Förderperiode sollen die durch Trockenheit vorbehandelten Bäume einer erneuten, potenziell letalen Trockenheit ausgesetzt werden. Damit soll geklärt werden, ob die Bestände durch die vorangegangene Trockenheit angepasst, d.h. weniger empfindlich, gegenüber dem erneuten Trockenstress sind, oder ob sie früher an die Grenzen ihrer Trockentoleranz stoßen und früher letale Schädigungen erleiden als erstmals trockengestresste Bäume. Durch die erneute Austrocknung sollen Mechanismen der Trockentoleranz und Prozesse des Absterbens der Bäume erarbeitet werden. Folgende Hypothesen stehen im Mittelpunkt: „Mixing“-Hypothese: Mischbestände profitieren von struktureller Heterogenität und asynchroner Ressourcennutzung bei Trockenheit. „Weakest link“-Hypothese: Die Anpassung an Wassermangel wird bei extremer Trockenheit durch den Zusammenbruch des schwächsten Glieds im Wassertransport entlang des Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum außer Kraft gesetzt. „Legacy“-Hypothese: Baum-Boden-Systeme, die einer früheren, intensiven Trockenheit ausgesetzt waren, kommen besser mit erneuter Trockenheit zurecht als solche die zum ersten Mal extreme Trockenheit erleiden. Der Schwerpunkt liegt auf ökophysiologischen Untersuchungen zum Wassertransport und -verbrauch von Bäumen und Beständen, wobei auch der Wasserverlust über die Rinde einbezogen wird. Mechanismen und Vulnerabilität des Wassertransports an der Boden/Wurzel-Schnittstelle und innerhalb des Baumes werden zeitlich und räumlich detailliert untersucht, unter besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen vorangegangener Trockenheit („Legacy“) und des Einflusses der Ressourcennutzung in Rein- und Mischbeständen.
Zunehmende Dürreperioden haben in den letzten Jahren Wälder in Mitteleuropa stark geschädigt. Unser Verständnis von Legacy-Effekten, d.h. von Abweichungen des Ökosystemzustands vom Zustand vor der Dürre aufgrund einer verzögerten Erholung oder Überkompensation, ist jedoch begrenzt. Die Dürreauswirkung auf verschiedene Baumarten und deren Erholung werden durch ein komplexes Zusammenspiel zwischen der Anpassungsstrategie einer Art, sowie den edaphischen und hydrologischen Bedingungen bestimmt. Diese ökohydrologischen Feedbacks an der Schnittstelle zwischen Boden und Baum können Schlüsselfaktoren für die Verstärkung oder Abmilderung von Dürreauswirkungen sein. Insbesondere unterirdische Prozesse und der Einfluss artenspezifischer ökohydrologischer Feedbacks bei Trockenheit sind weitgehend unerforscht. Um diese ökohydrologischen Feedbacks zu quantifizieren, sind stabile Wasserisotope ein idealer Tracer. Unser neues Messsystem zur kontinuierlichen Messung stabiler Wasserisotope in-situ ermöglicht wichtige unterirdische Prozesse, wie z.B. die Wasseraufnahme von Wurzeln, und deren Einfluss auf den Wasserhaushalt der Bäume auf täglicher Basis zu bestimmen. Mit einem Regenausschlussexperiment werden wir die Dürreresistenz und Legacy-Effekte von fünf wichtigen Baumarten (Buche, Fichte, Tanne, Traubeneiche, Douglasie) unter verschiedenen Trockenheitsregimen untersuchen. Isotopen-Tracer-Experimente nach jeder Dürre in Kombination mit ökohydrologischen Messungen werden zur Quantifizierung von Dürrefolgen von a) Sommer-, b) Frühjahrs- und c) wiederkehrender Trockenheit und der Auswirkung von ökohydrologischen Feedbacks auf verschiedene Legacy Effekte genutzt. Ziel ist die Quantifizierung der unterschiedlichen Dürre- und Legacyeffekt der fünf ausgewählten Baumarten insbesondere bezüglich wiederkehrender Trockenheit. Wir untersuchen die Hypothese, dass die art-spezifischen ökohydrologischen Feedbacks an der Schnittstelle zwischen Baum und Boden für die Legacy-Effekte bei wiederkehrender Trockenheit entscheidend sind. In Arbeitspaket 1 (AP1) wird unser Messsystems für stabile Wasserisotopen weiterentwickelt, um eine höhere räumliche und zeitliche Auflösung zu ermöglichen. Nach der Installation von ökohydrologischen Messsensoren (AP2) werden eine Frühjahrs- (1. Jahr) und Sommertrockenheit (2. Jahr) mit einem dynamischen Regenausschlussexperiment simuliert (AP3). Isotopentracer-Experimente nach den experimentellen Dürren werden ökohydrologischen Feedbacks an der Schnittstelle zwischen Baum und Boden aufdecken und ihre Bedeutung für Legacy Effekte herausstellen. AP4 wird Legacy-Effekte und ökohydrologische Feedbacks quantifizieren und darauf abzielen, hydrologische Modelle zu verbessern, um ökohydrologische Feedbacks zu berücksichtigen (WP4). Die Untersuchung von Trockenheitsanfälligkeit, Legacy-Effekten und deren ökohydrologischen Feedbacks wird wichtige Erkenntnisse liefern, um unsere Wälder klimaresistenter zu machen.
Recent and predicted increases in extremely dry and hot summers emphasise the need for silvicultural approaches to increase the drought tolerance of existing forests in the short-term, before adaptation through species changes may be possible. We aim to investigate whether resistance during droughts, as well as the recovery following drought events (resilience), can be increased by allocating more growing space to individual trees through thinning. Thinning increases access of promoted trees to soil stored water, as long as this is available. However, these trees may also be disadvantaged through a higher transpirational surface, or the increased neighbourhood competition by ground vegetation. To assess whether trees with different growing space differ in drought tolerance, tree discs and cores from thinning experiments of Pinus sylvestris and Pseudotsuga menziesii stands will be used to examine transpirational stress and growth reduction during previous droughts as well as their subsequent recovery. Dendroecology and stable isotopes of carbon and oxygen in tree-rings will be used to quantify how assimilation rate and stomatal conductance were altered through thinning. The results will provide crucial information for the development of short-term silvicultural adaptation strategies to adapt forest ecosystems to climate change. In addition, this study will improve our understanding of the relationship between resistance and resilience of trees in relation to extreme stress events.
Das Phaenomen der Salztoleranz bei Salzpflanzen ist in wesentlichen Punkten ungeklaert. Einen Beitrag zur Aufklaerung koennten die beobachteten Umstellungen stoffwechselphysiologischer Reaktionswege bieten. Hierzu gehoert auch der Salz-beeinflusste Aminosaeurestoffwechsel, der in einer vermehrten Aminosaeuresynthese aber auch in einer Salz-bedingten Veraenderung der Aktivitaet der zugehoerigen Enzyme zum Ausdruck kommt. Im Berichtszeitraum galt der Regulation der Synthese des Prolins, der unter Salzeinfluss am staerksten akkumulierten Aminosaeure, besondere Beachtung. Die Bedeutung der Prolinakkumulation wird in seiner moeglichen Funktion fuer die Aufrechterhaltung eines osmotischen Ausgleichs zwischen Cytoplasma und Aussenmedium gesehen, wofuer die gute Korrelation zwischen Prolinsynthese und Regeneration der urspruenglichen Wasserverhaeltnisse nach einem ploetzlichen Wasserentzug durch NaC1-Behandlung spricht. Dieser Aspekt der Prolinakkumulationwar auch Gegenstand einer Forschungsreise in die suedliche Namib-Wueste (Suedafrika), wo an zahlreichen salztoleranten Arten eine Vielzahl von Experimenten durchgefuehrt wurden, deren Auswertungen neben den bislang in Laborexperimenten gewonnenen Erkenntnissen auch Aussagen zur Salz- und Trockenresistenz am natuerlichen Standort ermoeglichen.
Roggen ist in Europa ein traditionelles Brotgetreide und eine wertvolle Energie- und Eiweißquelle für das Vieh. Die Anbauflächen von Roggen sind in Europa in den letzten Jahrzehnten allerdings kontinuierlich gesunken und dadurch verringerte sich auch die Diversität am Feld und am Teller bzw. im Trog. Weizen, Mais und Gerste dominieren heute als Nahrungs- bzw. Futtermittel. Das Ziel von RYE-SUS ist eine nachhaltige Steigerung und Sicherung der Roggenproduktion ohne Erhöhung des Wasser- und Düngemitteleinsatzes, vor allem auch in Produktionsrandlagen die für die Weizenproduktion ungeeignet sind. Erreicht wird dies durch eine Veränderung der Pflanzenarchitektur. RYE-SUS wird neuartige Gibberellin-sensitive Halbzwerg-Roggen mit optimiertem Ernteindex, hohem Ertragspotential, verbesserter Standfestigkeit, verbesserter Dürretoleranz und geringer Anfälligkeit für Mutterkorn entwickeln. RYE-SUS wird die Wettbewerbsfähigkeit von Roggen in der europäischen und kanadischen Landwirtschaft verbessern durch: (i) die Nutzung der Hybridzüchtung: Roggen ist fremdbefruchtend (offen abblühend). Die Selbstinkompatibilität gewährleistet eine hohe Durchkreuzung innerhalb einer Population. (ii) die Steigerung der zielspezifischen Selektionseffizienz und Beschleunigung der Züchtungsprozesse durch genombasierte Präzisionszucht: Ein kürzlich entwickelter 20k SNP-Array für Weizen, Roggen und Triticale wird zur Erstellung genomweiter Fingerabdrücke verwendet. (iii) die Verbesserung der Standfestigkeit, Frost- und Dürretoleranz sowie der Nährstoffeffizienz: durch die Einkreuzung des Kurzstrohgenes Ddw1 wird nicht nur die Wuchshöhe verringert und die Standfestigkeit verbessert, sondern auch die Assimilatumlagerung ins Korn erhöht. (iv) die Reduktion toxischer Mutterkornalkaloide im Erntegut: eine ausreichend hohe Pollenproduktion in den RYE-SUS Experimentalhybriden wird durch die markergestützte Introgression der Restorergene Rfp1, Rfp2 und Rfp4 gewährleistet. (v) die Nutzung natürlicher Genetik und die Entwicklung neuer molekularer Technologien: die genomweite Genotypisierung und die intensive Phänotypisierung an mehreren europäischen sowie kanadischen Standorten ermöglichen das Auffinden von Genregionen die für wichtige Merkmale des Roggens verantwortlich sind und (vi) die Entwicklung eines Wachstumsmodells für Roggen welches eine nachhaltige und optimierte Kulturführung von Roggen ermöglichen wird: erstmals wird für Roggen ein Wachstumsmodell entwickelt welches auch die Auswirkungen des Klimawandels auf die Roggenproduktion erfassen wird. Dafür wird ein bereits etabliertes Wachstumsmodell für Weizen durch umfangreiche Datensätze mit standortspezifischen Boden- und Tageswetterdaten, Aussaatterminen, Düngeintensitäten, Erntemanagementdaten, morphologische Daten sowie Daten zu Ertrag und Ertragskomponenten aus Langzeitversuchen an diversen Standorten in Deutschland und Europa angepasst. (Text gekürzt)
Steigende Temperaturen und Wassermangel verringern die Ernteerträge und die Qualität der Ernte in vielen landwirtschaftlichen Regionen. Dieses Problem wird sich durch den Klimawandel voraussichtlich noch verstärken. Wir werden uns in diesem Projekt auf Reis, eine er die wichtigste menschliche Nahrungspflanzen, konzentrieren. Der Anbau von Reis ist wasserintensiv, und vom Klimawandel besonders betroffen. Wir wollen mehrere natürliche genetische Variationen identifizieren und testen, die bereits einige Reis-Landrassen in die Lage versetzen, unter warmen und trockenen Klimabedingungen ausreichend Saatgut zu produzieren. Das Projekt hat die Verbesserung der Klimaresistenz von Nutzpflanzen zum Ziel. Ein Fokus liegt dabei auf der Rolle der Spaltöffnungen. Diese regulierbaren Poren steuern den Wasserverlust aus der Pflanze und sind daher entscheidend für die Verdunstungskälte und die Reaktion auf Trockenstress. Wir haben bereits die Genome von fast eintausend Reissorten untersucht, um eine Liste von 30 Genen mit natürlich vorkommenden Variationen zu identifizieren, die mit Wachstum in schwierigen Umgebungen verbunden sind. Sechs dieser Gene wurden priorisiert, und drei von ihnen sind direkt an der Regulierung der Spaltöffnungen beteiligt. Um herauszufinden, welche dieser Gene am ehesten in der Lage sind, Klimaresilienz zu verleihen, werden wir 200 traditionelle Reissorten, die entweder funktionale oder nicht-funktionale Kopien unserer Zielgene enthalten, untersuchen. Wir werden diese Reissorten sowohl in sorgfältig kontrollierten Umgebungen als auch in tropischen Feldversuchen anbauen und ihre Stressresistenz und ihren Nährstoffgehalt messen. Die Daten aus diesen Experimenten werden nicht nur die genetischen Sequenzen aufzeigen, die von Natur aus mit Hitze- und Dürretoleranz verbunden sind, sondern es auch ermöglichen, mit Hilfe von maschinelles Lernen die Eigenschaften, die die beste Vorhersagen für die Leistung der Pflanzen auf dem Feld erbringen, zu ermitteln. Wir werden die Funktion unserer Zielgene durch genetische Manipulation ihrer Expression verifizieren und durch in silico transkriptomische, physiologische und biochemische Analysen neue genomische Ressourcen für die Reisforschungsgemeinschaft bereitstellen. Schließlich werden wir mit Hilfe von Gene Editing versuchen die gefundene Stressresistenz in stressanfälligen modernen Elitereissorte wiederherzustellen. Um dies zu erreichen, brauchen wir die verschiedenen Fähigkeiten unseres multidisziplinären Teams. Darüber hinaus haben wir ein "Bürgerwissenschaftliches" Programm entwickelt, um die Rolle aller 30 klimaassoziierten Reisgenen neben den vorrangigen Zielgenen zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir mit Schülern in lokalen Schulen in den USA und Großbritannien zusammenarbeiten. Hierbei werden wir zusätzliche Gene untersuchen und den Schülern und Lehrern die Möglichkeit geben, einen Beitrag zu den internationalen Forschungsbemühungen die den Klimawandel bekämpfen zu leisten.
Die Architektur des Wurzelsystems von Mais hat sich während der Domestizierung und Verbesserung durch eine Kombination aus landwirtschaftlicher Selektion und Umweltanpassungen rund um den Globus erheblich verändert. Das Mikrobiom, das die Rhizosphäre um die Pflanzenwurzeln herum besiedelt, spielt eine wichtige Rolle bei der Förderung der Stresstoleranz von Pflanzen. In der ersten Förderperiode dieses Projekts haben wir nachgewiesen, dass die Anzahl der Seminalwurzeln während der Domestizierung von Mais zugenommen hat, gefolgt von einem Rückgang bei lokal angepassten Sorten in Regionen mit begrenzter Wasserverfügbarkeit. Umwelt-, genetische und genomische Analysen ergaben frühere Signaturen der Domestizierung und Anpassung von Maiswurzeln und zeigten das genetische Potenzial zur Verbesserung der Trockentoleranz künftiger Nutzpflanzen auf. In der zweiten Förderperiode verfolgen wir zwei übergeordnete Ziele. Erstens soll ein tieferes Verständnis der genetischen und molekularen Grundlagen der systemischen Modulation der Wurzelmorphologie und -anatomie durch Seminalwurzeln gewonnen werden, um eine bessere Anpassung an die begrenzte Wasserverfügbarkeit zu erreichen. Zu diesem Zweck werden wir die komplexe Pflanzenreaktion auf Trockenstress und die mit diesen Merkmalen assoziierten Gene identifizieren, die an der Architektur des Wurzelsystems als Reaktion auf Trockenheit beteiligt sind. Zweitens wollen wir die genetische Rolle des Wirts bei der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft des von den Wurzelmerkmalen abhängigen nützlichen Mikrobioms der Rhizosphäre verstehen, um die Widerstandsfähigkeit von Mais gegen Trockenheit zu verbessern. In diesem Zusammenhang werden wir systematisch untersuchen, wie sich die genetische Variation des Wirts und die Genregulation auf die Zusammensetzung des Mikrobioms der Rhizosphäre und auf die Produktivität von Mais und die Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit auswirkt. Schließlich werden wir repräsentative Schlüsselgene und Schlüsselmikroben durch reverse Genetik und synthetische mikrobielle Gemeinschaften funktionell validieren. Diese Ergebnisse werden den Weg für eine verbesserte Pflanzenzüchtung und die Nutzung mikrobieller Ressourcen ebnen, um die künftige Nahrungsmittelproduktion und eine effiziente Ressourcennutzung in der Landwirtschaft zu sichern.
Bodenalgen unterschiedlicher Waldstandorte werden isoliert, taxonomisch charakterisiert und hinsichtlich ihrer ökologischen Eigenschaften (u. a. Trockenresistenz, N-Metabolismus, Exkretionsverhalten) untersucht.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 206 |
| Land | 20 |
| Weitere | 4 |
| Wissenschaft | 91 |
| Type | Count |
|---|---|
| Agrarwirtschaft | 1 |
| Förderprogramm | 200 |
| Taxon | 3 |
| Text | 8 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 11 |
| Offen | 201 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 191 |
| Englisch | 70 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 1 |
| Dokument | 15 |
| Keine | 119 |
| Webseite | 87 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 212 |
| Lebewesen und Lebensräume | 212 |
| Luft | 212 |
| Mensch und Umwelt | 207 |
| Wasser | 212 |
| Weitere | 193 |