Mikrosporenembryogenese und doppelhaploide (DH) Linien spielen heute eine große Rolle in der praktischen Züchtung, vor allem aber in der Forschung. Andererseits ist wenig über die genetischen Mechanismen bekannt, die die verschiedenen limitierenden Schritte in der Herstellung von DH-Linien - embryogenes Potential, Diploidisierungsrate und die Rate der 'Direkten Embryo- Pflanze Konversion' - kontrollieren. Aufbauend auf der Beobachtung, dass sich unterschiedliche Genotypen von Raps stark in der Effizienz der Herstellung von DH-Linien unterscheiden sollen daher in dem vorgeschlagenen Vorhaben mit Raps als Modellobjekt genetische Faktoren kartiert werden, die diese Schritte kontrollieren. Dazu sollen zunächst mit Hilfe von AFLP-Markern Genomregionen mit gestörten Spaltungen in aus Mikrosporen entwickelten spaltenden Populationen, die verschiedene Stadien der DH-Entwicklung repräsentieren und einen bzw. mehrere der o.g. limitierenden Schritte durchlaufen haben, bestimmt werden. Die Effekte dieser Regionen auf die verschiedenen limitierenden Schritte sollen anschließend in geeigneten intervarietalen Substitutionslinien verifiziert werden. Darüber hinaus sollen die Positionen der kartierten Faktoren mit der Lage von Kandidatengenen für die Mikrosporenembryogenese im Rapsgenom verglichen werden um Genloci zu identifizieren, die ursächlich mit dem embryogenen Potential zu tun haben. Dazu sollen die verschiedenen Loci der Kandidatengene aus dem polyploiden Rapsgenom amplifiziert und sequenziert werden. Aufbauend auf den Sequenzen werden dann Marker entwickelt und die Loci kartiert.
Entwicklung von Methoden zur Qualitätssicherung von forstlichem Vermehrungsgut am Beispiel der Douglasie Kurzbeschreibung per E-Mail senden: Sie können folgende Kurzbeschreibung verwenden (maximal 3.000 Zeichen): Bei der Qualität von forstlichem Vermehrungsgut wird die Gesundheit des Saatgutes wenig beachtet, obwohl die Auswahl von Saatgut für eine erfolgreiche Pflanzenproduktion und die Begründung von Waldbeständen unverzichtbar ist. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Qualitätssicherung und Verringerung des wirtschaftlichen Risikos bei der Produktion von Forstgehölzen. Am Beispiel der Douglasie und des Erregers Rostige Douglasienschütte werden Methoden zur Inaktivierung des Pilzes in Pflanzenzellen erarbeitet sowie, basierend auf der Loop-mediated Isothermal Amplification (LAMP), ein schnelles und kostengünstiges Nachweisverfahren zur frühzeitigen Identifizierung eines Befalls entwickelt. In Anlehnung an die im Obstbau gängige Praxis, wird der Forstwirtschaft eine Technik zur Verfügung gestellt, die es dem Waldbesitzer/Baumschüler ermöglicht, Saatgut mit niedrigem oder keinem Erregerbefall zu verwenden. Das Institut für Pflanzenkultur erarbeitet eine Methode zur Kultivierung von Rhabdocline pseudotsugae auf künstlichen Nährmedien. Daneben wird die mikrobielle Begleitflora (Pilze und Bakterien) von Saatgut, Keimlingen und in vitro Kulturen von Douglasie untersucht. Diese soll charakterisiert und auf antagonistische Fähigkeiten gegen den Erreger getestet werden. Zur Verringerung der Belastung wird eine Methode zur Inaktivierung von R. pseudotsugae in Pflanzenzellen entwickelt. Dazu wird Pflanzenmaterial mit Fungiziden, Suspensionen der isolierten Endophyten sowie bekannten Antagonisten behandelt. Die entwickelten Methoden werden unter Marktbedingungen getestet. Zur Dissemination des erreichten Wissens und der erarbeiteten Methoden werden Workshops mit Entscheidern durchgeführt. Ein Ziel ist die Entwicklung von Schwellenwerten für Phytopathogene in Saatgut.
Aufgabe des Verbundprojektes ist die Erforschung des Vorkommens von Antibiotika-resistenten Mikroorganismen und der Expression von Antibiotika-Resistenzgenen in Abwässern. Dies sollen anhand von einigen ausgewählten Entnahmestellen mit Hilfe von modernsten komplementären Metaomics- Techniken erforscht werden. Für eine Nutzung der Ergebnisse für die Routineanwendung und das Risikomanagement sind aber andere Nachweisverfahren notwendig. Diese müssen kleiner, robuster und einfacher zu bedienen sein. Folgende Arbeitspakete sind geplant: 1) Grundkonzeption, Abstimmung Probenmaterial Testsysteme, 2) Erprobung verschiedener Strategien zur Probennahme und -Vorbereitung, 3) Erarbeitung des Assays für Amplifikation und Nachweis, 4) Konzeption und Erprobung einer mobilen Lösung zur Amplifikation von Nukleinsäuren, 5) Assembly des Nachweissystems für den Vor-Ort-Nachweis, 6) Erarbeitung eines modularen Demonstratorsystems und 7) Test der Gesamtlösung mit verschiedenen Proben.
Der Verbund GBOL II wird weiter am Ausbau der ersten umfassenden DNA-Barcoding-Gendatenbank der deutschen Flora und Fauna arbeiten. An der Universität Bonn wird die nationale Referenzdatenbank weiter komplettiert. Schwerpunkt sind hierbei Pflanzengruppen die u.a. für die Verifikation und Artbestimmung von Saatgut und Baumschulware von hervorgehobener Bedeutung sind. Als DNA-Barcodes dienen drei plastidäre Regionen und die ribosomale Kern-DNA. Von ca. 2200 neu zu bearbeitenden Taxa ist auszugehen, wobei bei weiter verbreiteten Arten die bereits in GBOL1 praktizierte geographische Streuung angestrebt wird, um eventuelle genetische Variabilität in Dt. zu erfassen. Als Grundlage dienen etablierten Prozesse: Am BGBM wird das verifizierte Pflanzenmaterial in Isolationsplatten überführt, die Belegdaten in das DNABank-Netzwerk eingepflegt und die gefüllte und referenzierte Isolationsplatte ans Nees-Institut zur molekularen Bearbeitung versandt. Diese etablierte Arbeitsweise wird auch in der zweiten Phase verwendet um (1) hochwertige DNA mittels magnetic beads aus dem vom BGBM übermittelten Pflanzenmaterial zu isolieren, (2) die vier DNA-Barcode-Regionen zu amplifizieren und (3) zu sequenzieren, (4) eine Qualitätskontrolle durchzuführen und (5) die gewonnen Daten in die Datenbank einpflegen. Eine transparente Prozess- und Statuskontrolle für (6) ggf. notwendige Troubleshootings wird durch die vom IEB kontinuierlich weiterentwickelten online-Tools der drei Partnerinstitute (gbol5.de) ermöglicht.
Ein deutsch-französisches Konsortium, bestehend aus Mikrobiologen und Atmosphärenforschern, wird die Bedeutung von Mikroorganismen für das globale Budget von atmosphärischen Chlormethan (CH3Cl) untersuchen. Anthropogene Emissionen von ozonzerstörenden halogenierten Gasen (FCKWs) wurden seit dem Inkrafttreten des Montreal-Protokolls im Jahre 1989 erheblich reduziert. Dadurch nahm die Bedeutung natürlicher Quellen halogenhaltiger Gase, wie CH3Cl, für die Ozonzerstörung in der Stratosphäre wieder zu. Das chlorhaltige Gas ist die am häufigsten vorkommende halogenhaltige organische Verbindung in der Atmosphäre und wird vornehmlich von terrestrischen Ökosystemen emittiert. Das meiste CH3Cl wird durch lebende Pflanzen und abgestorbenes Pflanzenmaterial, aber auch durch Wald- und Steppenbränden freigesetzt. Durch den drohenden Klimawandel und den zu erwarteten höheren Temperaturen werden die CH3Cl-Emissionen terrestrischer Ökosystemen dementsprechend in Zukunft vermutlich ansteigen. Allerdings sind die quantitativen Abschätzungen der CH3Cl-Quellen und -Senken bisher mit großen Unsicherheiten behaftet. Mikroorganismen könnten beim Abbau von atmosphärischem CH3Cl eine wesentlich größere Rolle spielen als bisher angenommen. Methylotrophe Mikroorganismen, von denen einige die Fähigkeit besitzen CH3Cl abzubauen, findet man in Böden und in der Phyllosphäre vieler Pflanzen. Jüngst wurden sogar metabolische aktive Methylotrophe in Wassertropfen von Wolken nachgewiesen. Die Antragsteller sehen die Hauptaufgabe des beantragten Projektes darin, ein vertieftes Verständnis des mikrobiellen CH3Cl-Abbaus auf Prozessebene wie auch auf genetischer Ebene zu erzielen. Das Konsortium wird kinetische und Isotopeneffekte während des Abbaus von CH3Cl durch Mikroorganismen im Boden, in der Phyllosphäre und in Wolken beispielhaft untersuchen. In verschiedenen Umweltproben werden mikrobiellen Gemeinschaften mittels Amplikon-basierter Next Generation Sequencing-Technologie anhand eines taxonomischem (16S-rRNA-Gen) und einem funktionellem Genmarker (cmuA) untersucht. Ausgewählte Umweltproben werden dann dem schweren 13C-Isotopolog von CH3Cl ausgesetzt, um die Biomasse der CH3Cl-umsetzenden Mikroorganismen zu markieren. Metagenome 13C-markierter DNA werden anschließend mittels einer Kombination von DNA-basierter Stabiler-Isotopen-Beprobung, Whole Genome Amplification und MiSeq (Illumina)-Hochdurchsatzsequenzierung gewonnen. Diese Untersuchungen werden die Diversität der mikrobiellen Abbauwege für CH3Cl erfassen und letztlich die Entdeckung neuer Methyltransferasen und weiterer Gene, die am CH3Cl Stoffwechsel beteiligt sind, ermöglichen. Dieser metagenomische Ansatz wird neue Einsichten in den Stoffwechsel von CH3Cl-abbauenden Gemeinschaften in Böden, der Phyllosphäre und Wolken ermöglichen. Kinetische und Isotopendaten werden zu einer Einschätzung zur quantitativen Bedeutung mikrobieller Senken für das globale CH3Cl-Budget führen.
Die globale Erderwärmung und die Versorgung mit Treibstoffen und Basischemikalien aus fossilen Quellen erfordern die Entwicklung alternativer, nachhaltiger Synthesewege für solche Substanzen. Biotechnologische Verfahren bieten eine Lösung, allerdings nur mit Substanzen, die nicht mit der menschlichen Ernährung konkurrieren. Neben Lignocellulose kommen dafür nur Gase wie CO2 oder CO in Frage. Hier soll CO2 mit Hilfe rekombinanter autotropher acetogener Bakterien in die industriell wichtige Plattformchemikalie 3-Hydroxypropanoat umgewandelt werden. Das ermöglicht eine kostengünstige Herstellung dieser Substanz, für die es keine ökonomisch tragfähige Synthese aus Rohölprodukten gibt, und die Reduktion eines bedeutenden Treibhausgases. Das Gen für Pyruvat-Synthase aus Acetobacterium woodii wird durch PCR amplifiziert und in einen geeigneten Schaukelvektor subkloniert (pJIR750). Zur Expression wird der Promoter des Acetat-Kinase-Gens aus A. woodii verwendet. Dann wird das Gen für Lactat-Dehydrogenase amplifiziert und subkloniert. Als Wirt für dieses Gen dient z.B. Clostridium acetobutylicum. Das dritte Gen kodiert eine Coenzym A-Transferase (Katalyse der Reaktionen: Lactat in Lactyl-CoA und 3-Hydroxypropanoyl-CoA in 3-Hydroxypropanoat). Als Wirt dient Megasphaera elsdenii. Es folgen Amplifikation und Subklonierung. Das vierte Gen kodiert eine Lactyl-CoA-Hydratase (Katalyse der Reaktion: Lactyl-CoA in Acrylyl-CoA). Als Wirt dient M. elsdenii. Es folgen Amplifikation und Subklonierung. Das fünfte Gen kodiert eine Acrylyl-CoA-Hydratase (Katalyse der Reaktion: Acrylyl-CoA in 3-Hydroxypropanoyl-CoA). Als Wirt dient Chloroflexus aurantiacus. Es folgen Amplifikation und Subklonierung. Analoge Gene werden auch aus C. propionicum, C. homopropionicum und C. neopropionicum kloniert und analysiert, um möglicherweise Patente zu generieren. Zum Schluss erfolgen Optimierung von Operon-Struktur und -Expression sowie Produktionstest in Laborkulturen und Kleinfermentern.
Die Aufgabenstellung für diesen Teil des Verbundprojektes besteht darin, für einige ausgewählte Riff-Organismen in der Region Spermonde und in der Savu-Sea eine Bestandsaufnahme im Hinblick auf ihre Diversität und ihre Populationsstrukturen und gleichzeitig eine Analyse ihrer Veränderungen in Abhängigkeit von ihrer Nutzung durch den Menschen (Fischerei) und die aktuellen Folgeschäden für die Umwelt anzufertigen. Dabei geht es nicht (mehr) um Fragen der grundlegenden Modellbildung dieser Zusammenhänge, sondern um die beispielhafte Untersuchung konkreter aktueller Fälle, bei denen die als Lebensgrundlage der dortigen Menschen wichtigen und dementsprechend kommerziell interessanten Arten oder solche, die aus ökologischen Gründen von besonderer Bedeutung sind, gefährdet sind. Aus den geplanten genetischen Analysen wird ersichtlich werden, in welchem Maße ihr aktueller Bestand oder sogar ihre Bestandserholung gefährdet ist und welche Seegebiete für ihren Schutz von besonderer Bedeutung sind. Gemeinsam mit Dr. Agus Nuryanto, Universität Jenderal Soedierman, und den Mitarbeitern der anderen Teilprojekte werden von Dr. J. Timm, UniHB, und Prof. M. Kochzius, FU Brüssel, in den indonesischen Regionen Gewebeproben der Organismen gesammelt und in Bremen im Labor analysiert. Die Analyse besteht in der Extraktion der DNA, der Auswahl der geeigneten genetischen Marker, der Amplifikation und Sequenzierung entsprechender DNA-Abschnitte, der bioinformatischen Datenanalyse und der Datenbereitstellung für die gemeinsame Ergebnisinterpretation mit den Projektpartnern.
Der zentrale Ostatlantik ist eine der wichtigsten Fisch-Herkunftsregionen für den europäischen Markt, darunter auch für Deutschland (Brashares et al. 2004). Dementsprechend wurden die Fangmengen seit 1950 etwa um das 10fache gesteigert, verbunden mit einem Rückgang von Beständen sowohl in Küstengewässern als auch offshore (FAO 2007). Neben einigen anderen Nationen sind vor allem EU-Fischereifahrzeuge in westafrikanischen Gewässern präsent (Kaczynski and Fluharty 2002). Die im Vergleich zu Gewässern der gemäßigten Breiten hohe Artenvielfalt und das häufige Fehlen jeglicher Fischereikontrollen führt immer wieder zur Fehldeklaration von importierten Fischereiprodukten. Um die vorgeschriebenen Handelsbezeichnungen effektiv überprüfen zu können, müssen zum einen geeignete Nachweisverfahren vorhanden sein und zum anderen notwendige Vergleichsdaten oder Standards, d.h. Referenzfische zur Verfügung stehen. Durch Forschungsarbeiten der vergangenen Jahre stehen dem Max Rubner (MRI)- und Thünen-Institut (TI) geeignete genetische Nachweisverfahren zur Verfügung, die eine Identifikation hinsichtlich der Fischart sicher ermöglichen. Das Thünen-Institut für Fischerökologie verfügt aufgrund ausgedehnter Sammlungstätigkeit der letzten zehn Jahre über ausreichend Probenmaterial der wichtigsten kommerziell genutzten westafrikanischen Arten, die es erlauben, erstmalig eine Referenzdatenbank aufzubauen, die sowohl für die Veterinär- und Verbraucherschutzbehörden des Bundes als auch der Länder von erheblichem Nutzen wäre. Ziel dieses Arbeitspaketes ist es, gemeinsam mit der Firma Impetus GmbH & Co aus Bremerhaven eine umfangreiche und international abrufbare Datenbank zur Identifizierung und Rückverfolgbarkeit von westafrikanischen Fischarten und daraus hergestellten Fischerzeugnissen mittels molekularbiologischer Nachweisverfahren zu erstellen. Die Genamplifikation erfolgt mittels universeller Primer, die in zahlreichen Fischtaxa verwendet wurden. Insgesamt sollen vier Gene von ca. 400 Fischarten amplifiziert werden. Das MRI wird das 389 Nukleotid umfassende DNA-Segment aus dem Rhodopsingen RH1 amplifizieren und sequenzieren. Das Arbeitspaket des TI beinhaltet die PCR-Amplifikation und teilweise Sequenzierung bestimmter Abschnitte der mitochondrialen Gene Cytochrom-c-Oxidase I (COX) und Cytochrom b (Cytb) sowie eines nukleären Gens. Zusätzlich erarbeiten das TI und Impetus GmbH & Co gemeinsam mit dem Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis der Universität Oslo in einem Next-Generation-Sequencing-Verfahren SNP-Marker zur Entwicklung eines Herkunftsnachweises auf Basis einer SNP-chip-Technologie für den Gelbflossenthun (Thunnus albacares).
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| Bund | 60 |
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