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Lärmbelastung (Lden/Lnight) in der Umgebung von Hauptverkehrsstraßen zur strategischen Lärmkartierung entsprechend der EU-Umgebungslärmrichtlinie 2002/49/EG - 2017 (Datensatz)

Lärmbelastung (Lden/Lnight) in der Umgebung von Hauptverkehrsstraßen zur strategischen Lärmkartierung entsprechend der EU-Umgebungslärmrichtlinie 2002/49/EG.

Die Biosynthese der pflanzlichen Cellulose

Cellulose stellt den am häufigsten vorkommenden Naturstoff unseres Planeten dar. Mit einer pflanzlichen Weltjahresproduktion von ca. 180 Milliarden Tonnen (Engelhardt, j. Carbohydr. Eur. 12, 5-14 (1995)) ist Cellulose der bedeutendste nachwachsende Rohstoff. Dieses Biopolymer findet außer in der Papier-, Pharma- und Textilindustrie in vielen anderen Bereichen (z.B. Medizin, Kosmetik, Kunststoff-Industrie) reichliche Verwendung. Trotz der großen wirtschaftlichen Bedeutung und über drei Jahrzehnten intensiver Forschung ist bisher nicht bekannt, wie Cellulose in der Pflanze gebildet wird. Informationen über die Gene und die dazugehörigen Enzyme, die die Cellulose synthetisieren, würden neue Möglichkeiten eröffnet bis hin zu transgenen Pflanzen mit erhöhtem Cellulosegehalt, einer verbesserten Qualität, aber auch der Entwicklung ganz neuer Herbizide, die gezielt die Cellulosebiosynthese z. B. von Unkräutern inhibieren können. Die Zielsetzung dieses Projektes ist es, die Proteine die an der Cellulosesynthese beteiligt sind, unter Aktivitätserhalt zu isolieren und zu charakterisieren sowie die entsprechenden Gene zu identifizieren, um so erstmals den molekularen Mechanismus der pflanzlichen Cellulosebiosynthese aufzuklären.

Possible effects of transgenic plants on soil organisms

Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.

Einfluß von Laccase-Produktion durch Pilze und Mykorrhizen auf die Bildung und Stabilität organischer Substanz in land- und forstwirtschaftlichen Böden

Im Projekt soll der Einfluß oxydativer Exoenzyme von Pilzen und Mykorrhizen auf den Auf- und Abbau der organischen Bodensubstanz charakterisiert werden. Über die gesamte Dauer des SPP sind zwei Arbeitsetappen geplant. Zuerst werden Primer zum molekularbiologischen Nachweis von Boden- und Mykorrhizapilzen mit Laccase-Genen und zur Analyse der Expression dieser Gene in Böden entwickelt. Um die bodenökologische Aussagekraft der Methode zu gewährleisten, werden Protokolle zur Extraktion von DNA und mRNA aus Böden mit Proben von den SPP-Standorten optimiert und geeicht. In einem zweiten Arbeitsschritt werden die Methoden an den landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Böden der SPP-Standorte eingesetzt. Die Ergebnisse von Untersuchungen der Struktur und Funktionen der Pilzpopulationen werden im Zusammenhang mit Analysen anderer SPP-Teilnehmer interpretiert. Dabei sollen insbesondere Daten über Gehalt und Kreislauf der festen und gelösten organischen Bodensubstanz, über Fraktionierung natürlicher Isotope in den Phasen des Kreislaufs sowie über Aufbau- und Abbauvorgänge durch nicht pilzliche Bodenmikroorganismen und durch Bodentiere berücksichtigt werden. Die Beteiligung an Experimenten zum Abbau radioaktiv markierter Streu ist ebenfalls vorgesehen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Die Funktion von Cytokinin bei der Regulation des Blühzeitpunktes

Die fördernde Wirkung von Cytokinin auf die Blühinduktion wurde bereits kurz nach der Entdeckung dieses Pflanzenhormons vor mehr als 50 Jahren beschrieben. Allerdings blieben die molekularen Wirkmechanismen dieser Aktivität weitestgehend unbekannt, obwohl große Fortschritte im Verständnis des Metabolismus und der Signalübertragung des Hormons erreicht wurde. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, das Ausmaß und die Wirkmechanismen der Regulation des Blühzeitpunktes durch Cytokinin zu untersuchen. Die meisten Arbeiten werden mit Arabidopsis thaliana durchgeführt, aber die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Raps (Brassica napus L.), in dem das Blühverhalten ein wichtiges Züchtungsziel ist, wird ebenfalls studiert. In einem ersten Projektabschnitt wird das Blühverhalten von Mutanten der meisten der ca.60 Cytokininmetabolismus- und -signalgene analysiert, um die funktionell relevanten Gene zu identifizieren. In Vorarbeiten konnten wir die Cytokininrezeptoren AHK2 und AHK3 sowie die Transkriptionsfaktoren ARR10 und ARR12 als zentral für die Cytokininwirkung ermitteln. Diese Analyse wird ergänzt durch die Untersuchung von Pflanzen mit einem gewebespezifisch veränderten Cytokininstatus, wobei das apikale Sproßmeristem, Blätter, Phloem und die Wurzel im Mittelpunkt stehen. Die Transkriptlevel bekannter Blühgene werden bei verschiedenen Tageslängen und nach einem Shift der Tageslänge zu induzierenden Bedingungen miteinander verglichen. Der Einfluß von Umweltparametern (Licht, Ernährung) auf die Wirkung von Cytokinin wird getestet, um zu verstehen, unter welchen Bedingungen sein Einfluß besonders relevant ist. Die Analyse von Transkriptomdaten hat zu Hypothesen über eine Rolle von Cytokinin als Modulator verschiedener Signalwege geführt, einschließlich der Regulation des Repressorgens ATC, miR156, miR172 und Interaktionen mit den Gibberellin- und Trehalose-6-Phosphatsignalwegen. Diese Hypothesen werden mit Hilfe genetischer und molekularer Ansätze weiter untersucht. Diese Analysen und die Identifizierung von Zielgenen von ARR10 und ARR12 soll die Aktivität von Cytokinin mit bekannten Komponenten der Blühregulation verbinden. Desweiteren wird ein genetischer Ansatz verfolgt, um Zugang zu den Wirkmechanismen von Cytokinin zu erhalten. Die fehlende Blühinduktion cytokinindefizienter Pflanzen kann durch dominante Suppressormutationen revertiert werden. Zusätzliche Mutanten, die spezifisch die Blühinduktion betreffen, sollen identifiziert und die mutierten Gene durch markergestützte Genkartierung kloniert werden. Zudem wird die Rolle von Cytokinin bei der Regulation des Blühzeitpunktes von Rapspflanzen mit einem gentechnisch veränderten Cytokininstatus untersucht. Diese Analyse sollte Aufschluß darüber geben, ob cytokininabhängige Mechanismen der Blühregulation in dieser wichtigen Kulturpflanze konserviert sind und sich als Züchtungsziel zur Modulation des Blühverhaltens eignen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Metabolit-Regulation von Cryptochrom 2 Aktivität und Blühzeitpunkt

Der UV-A/Blaulichtrezeptor Cryptochrom 2 (cry2) spielt eine zentrale Rolle bei der photoperiodischen Blühinduktion. Wichtige Komponenten der Signalleitung von cry2 sind mehrere nah verwandte bHLH Transkriptionsfaktoren (CIB1, CIB2, CIB4, CIB5), die Blaulicht-abhängig an cry2 binden, als Heterodimere an nicht-kanonische E-Box Motive in der Promotorregion des FLOWERING LOCUS T (FT) Gens binden und hierdurch die Expression dieses zentralen Blühgens induzieren. Weiterhin interagiert cry2 im Blaulicht mit SPA-Proteinen und inhibiert damit die Aktivität der E3 Ubiquitin Ligase CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS 1 (COP1), die maßgeblich am Abbau des FT-Transkriptionsaktivators CONSTANS (CO) beteiligt ist. Wir haben gezeigt, dass der FAD-Chromophor im signalaktiven Zustand von cry2 in der neutralen Semichinonform vorliegt und die Bildung dieser Form durch Metabolite wie ATP und NADPH verstärkt wird. Gerichte und strukturbasierte Mutagenese von CRY2 lieferte Hinweise darauf, welche Aminosäuren für die Metabolit-Kontrolle erforderlich sind. Diese Information soll genutzt werden, um die Rolle dieser Metabolite bei der photoperiodischen Blühinduktion aufzuklären. Geplant ist hierfür die Expression entsprechender cry2 Allele in planta und die Analyse der generierten Pflanzenlinien hinsichtlich Blühverhalten, FT-Expression und Interaktion mit down-stream Komponenten. Diese Untersuchungen sollen durch in vitro Studien mit rekombinanten Proteinen komplettiert werden. Im Gegensatz zum Wildtyp Allel von cry1 induziert die cry1L407F Mutante gesteigerte Expression von CO und FT sowie frühes Blühen im Kurztag. In vitro Analysen zeigten ein tryptisches Spaltmuster von cry1L407F im Dunkeln, welches dem von Wildtyp cry1 im Blaulicht entspricht. Das geplante Vorhaben soll klären, ob cry1L407F die gleichen Komponenten wie cry2 für die Induktion von FT nutzt. Hierfür sind Analysen der cry1L407F Mutante im cib1/cib2/cib5 Hintergrund sowie Interaktionsstudien mit cry2 Partnern geplant. Direkte Zusammenarbeiten ergeben sich mit den Vorhaben von Christian Jung (Blühkontrolle bei Beta vulgaris) und Markus Schmid (Regulation des Blühzeitpunkts durch Trehalose-6-P).

The effect of elevated atmospheric CO2 concentration on gross nitrogen dynamics, plant N-uptake and microbial community dynamics in a permanent grassland

To predict ecosystem reactions to elevated atmospheric CO2 (eCO2) it is essential to understandthe interactions between plant carbon input, microbial community composition and activity and associated nutrient dynamics. Long-term observations (greater than 13 years) within the Giessen Free Air Carbon dioxide Enrichment (Giessen FACE) study on permanent grassland showed next to an enhanced biomass production an unexpected strong positive feedback effect on ecosystem respiration and nitrous oxide (N2O) production. The overall goal of this study is to understand the long-term effects of eCO2 and carbon input on microbial community composition and activity as well as the associated nitrogen dynamics, N2O production and plant N uptake in the Giessen FACE study on permanent grassland. A combination of 13CO2 pulse labelling with 15N tracing of 15NH4+ and 15NO3- will be carried out in situ. Different fractions of soil organic matter (recalcitrant, labile SOM) and the various mineral N pools in the soil (NH4+, NO3-, NO2-), gross N transformation rates, pool size dependent N2O and N2 emissions as well as N species dependent plant N uptake rates and the origin of the CO2 respiration will be quantified. Microbial analyses will include exploring changes in the composition of microbial communities involved in the turnover of NH4+, NO3-, N2O and N2, i.e. ammonia oxidizing, denitrifying, and microbial communities involved in dissimilatory nitrate reduction to ammonia (DNRA). Stable Isotope Probing (SIP) and mRNA based analyses will be employed to comparably evaluate the long-term effects of eCO2 on the structure and abundance of these communities, while transcripts of these genes will be used to target the fractions of the communities which actively contribute to N transformations.

From laboratory to field - Research on insecticide resistance using the example of a chimeric cytochrome P450 monooxygenase

Development of insecticide resistance in insect pest species is one of the main threats of agriculture nowadays. The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is the noctuid species possessing by far the most reported cases of insecticide resistance worldwide, correlated with one of the widest geographical distributions of any agricultural pest species. This turns H. armigera into an adequate model to study resistance mechanisms in detail. The main mechanisms underlying insecticide resistance are target side insensitivity and metabolism, mainly due to carboxylesterases and cytochrome P450 monooxygenases. Just recently, the resistance mechanism of an Australian H. armigera strain toward the pyrethroid fenvalerate was ascribed to a single P450, CYP337B3. CYP337B3 is a naturally-occurring chimera between CYP337B2 and CYP337B1 evolved by an unequal crossing-over event. This enzyme had acquired new and exclusive substrate specificities resulting in the detoxification of fenvalerate. This is the first known case of recombination as an additional genetic mechanism, besides over-expression and point mutation, leading to insecticide resistance. Therefore, CYP337B1, CYP337B2, and CYP337B3 are ideal candidates for studying structure-function relationships in P450s. The project aims to characterize amino acids that are crucial for the activity of CYP337B3 toward detoxification of fenvalerate. Additionally, cross-resistance conferred by CYP337B3 enables the determination of common structural moieties of pyrethroids favoring detoxification by CYP337B3 and those leading to resistance breaking. Pyrethroids with identified resistance breaking moieties could be used to control even pyrethroid-resistant populations of H. armigera. Another advantage of this system is the conferment of insecticide resistance by CYP337B3 that is not restricted to Australia but seems to be a more common mechanism as recently revealed by the finding of the chimeric P450 in a cypermethrin-resistant Pakistani strain. To shed light on the contribution of CYP337B3 to pyrethroid resistance of H. armigera and even closely related species worldwide, field populations from different countries will be screened by PCR for the presence of CYP337B3 and its parental genes. If applicable, the allele frequency of CYP337B3 will be determined being a convenient method to conclude the resistance level of the tested populations. Finally, the project will result in advising farmers on the control of populations of H. armigera and related species possessing CYP337B3. This will even become more important due to the climate change allowing H. armigera to spread northward including central Europe, where H. armigera is not yet able to survive wintertime.

Barley compatibility factors pivotal for root colonisation and manipulation of basal defence by Piriformospora indica

This project is aimed at the characterization of the systemic reprogramming in barley, which modulates the compatible interaction with the biotrophic leaf pathogen Blumeria graminis f.sp. hordei upon root infestation with the mutualistic endophyte Piriformospora indica. We have recently shown that the basidiomycete P. indica - upon successful establishment in the roots - reprograms barley to salt stress tolerance, resistance to root diseases and higher yield (Waller et al., 2005). Successful powdery mildew infections in barley leaves are also disturbed by the mutualistic fungus. These processes are associated with a strong change in plant metabolism, especially with a drastic alteration of leaf and root antioxidants. On the basis of these findings we will perform an in-depth analysis of the barley metabolome (B6) and transcriptome (B7) with two specific foci: First, to elucidate the process of establishment of the mutualistic fungus within the barley roots; second, to characterize elements of the systemic response in leaves leading to an interruption or failure of compatibility processes required for successful establishment of biotrophic leaf pathogens like Blumeria. New gene candidates will be pre-selected systematically for their regulatory role in compatibility by means of transiently transformed barley leaves upon Blumeria inoculation. Stable transgenic barley and maize lines (B3) generated with verified gene candidates and genes identified by other projects (A1, A2, B5, B6) will be tested with Blumeria and P. indica. By comparing candidate genes in the different plant - microbe systems, we will identify common regulatory processes, metabolites and metabolic networks implicated in compatibility including those required for successful interactions with mutualistic fungi.

Biosynthese von Xanthophyllen in Grünalgen und Kieselalgen

Nachdem in Gefäßpflanzen die an der Carotinoidbiosynthese in den photosynthetisch aktiven Organen beteiligten Enzyme inzwischen weitestgehend identifiziert worden sind, soll im hier beantragten Projekt die Carotinoidbiosynthese in der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii und der Diatomee Phaeodactylum tricornutum untersucht werden. Hierzu sind zunächst die Identifizierung von an der Xanthophyllbiosynthese beteiligten Gene aus beiden Algen sowie die Isolierung und Charakterisierung neuer Pigmentmutanten von C.reinhardtii vorgesehen. Besonderes Augenmerk liegt ferner auf der Identifizierung einer Diadinoxanthin-Synthase (DDS) aus P.tricornutum. Die bereits vorliegenden sowie die neu isolierten Pigmentmutanten von C. reinhardtii sollen als Testsystem für die Funktion potentieller Xanthophyllbiosynthesegene aus beiden Algen eingesetzt werden. Die DDS aus P.tricornutum soll anschließend in einem bakteriellen System sowie in C.reinhardtii exprimiert, isoliert und bezüglich ihrer katalytischen Eigenschaften eingehend charakterisiert werden. Eine erfolgreiche funktionelle Expression der DDS in C. reinhardtii würde in der Synthese eines bislang in Grünalgen nicht vorkommenden Xanthophylls resultieren. Hiervon wären neue Erkenntnisse hinsichtlich der Flexibilität der Pigmentbindungseigenschaften von Lichtsammelkomplexen sowie der Funktion und Evolution des Diadinoxanthinzyklus zu erwarten.

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