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Die Bedeutung des Calciumcalmodulin-Systems für die Aktivierung des antioxidativen Systems zum Schutz vor radikalinduziertem Streß am Beispiel von unterschiedlich ozontoleranten Erdbeersorten

Pflanzen können sich durch eine Vielzahl von Mechanismen vor radikalinduziertem Stress schützen. Ziel dieses Projektes ist es, die Bedeutung des Calciumcalmodulin-Systems für die Aktivierung antioxidativ wirkender Enzyme wie der Superoxiddismutase, Katalase und Ascorbatperoxidase sowie die Konzentrationen der Radikalfänger Vitamin C, Vitamin E, Glutathon und Carotinoiden herauszustellen. Als Modellsystem wird die Empfindlichkeit von Erdbeerblättern gegenüber radikalinduziertem Stress durch Ozon untersucht

Maßgeschneiderte Inhaltsstoffe 2.2: LipoBiocat 2.2 : Robuste und selektive lipolytische Biokatalysatoren für industrielle Anwendungen, Teilprojekt E

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.

Molekulare Analyse des Crosstalk zwischen Stickstoff- und Kohlenstoffmetabolismus

In diesem Forschungsvorhaben ist beabsichtigt, die Expression der Gene, die für das nitratverwertende System kodieren mit der von Genen die für Enzyme aus dem Kohlenstoffmetabolismus kodieren, zu korrelieren. Es kommt somit darauf an, Signale die jeweils dem einen oder dem anderen Stoffwechselweg zugeordnet werden können, in ihrer Wirkung auf die Expression von Schlüsselgenen aus dem jeweils anderen Stoffwechselweg zu untersuchen. Das Ziel ist es, die Schnittstellen (crosstalk) zwischen diesen, das Leben der Pflanzen essentiell bestimmenden Stoffwechselwegen zu erforschen. Zusätzlich sollen andere Umweltfaktoren wie erhöhter CO2-Gehalt, Hitzestress und Wasserstress in ihrer Wirkung untersucht werden. Dieses Vorhaben kann verifiziert werden, seit das vollständige Genom der Modellpflanze Arabidopsis verfügbar ist, und seitdem die Methode der 'Micro arrays' signifikanten Fortschritt gemacht hat. Beide Voraussetzungen sind im Labor von Prof. N. Crawford gegeben.

Ringversuch Acetylcholinesterase-Hemmung in Wasser der Arbeitsgruppe 'Pestizide im Wasser' der Senatskommission fuer Pflanzenschutz-, Pflanzenbehandlungs- und Vorratsschutzmittel der DFG

Ringversuch; Methode nach Prof. Ohnesorge/Dr. Menzel (Universitaet Duesseldorf) bzw. Dr. Weil (TU Muenchen).

Sojapflanzen mit Krankheitsresistenz

Eine Infektion mit Krankheitserregern oder eine Behandlung mit bestimmten Chemikalien (z.B. Salicylsäure) induziert in Pflanzen einen physiologischen Zustand, der 'Priming' genannt wird. Im 'geprimten' Zustand können Pflanzen ihre Abwehrreaktionen bei einer Folgeattacke schneller aktivieren. Dadurch kommt es oft zur Krankheitsresistenz. Erst kürzlich haben wir gefunden, dass die Mitogen-aktivierten Proteinkinasen MPK3 und MPK6 und die Proteine CALRETICULIN 3 (CRT), LUMINAL BINDING PROTEIN 2 (BIP) und SHEPHERD (SHD) beim 'Priming' in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine wichtige Rolle spielen. Das Protein EDR1 dagegen unterdrückt das 'Priming'. Um diese Ergebnisse aus der Grundlagenforschung in der Praxis anzuwenden, werden wir mit der BASF Plant Science GmbH Gene für MPK3, MPK6, CRT3, BIP2 und SHD in der wichtigen Kulturpflanze Sojabohne überexprimieren und die Expression des EDR1-Gens gezielt ausschalten. Dadurch sollen Sojapflanzen entwickelt werden, die eine erhöhte Krankheitsresistenz besitzen und damit zur Steigerung der globalen Sojaproduktion beitragen. Das Vorhaben soll auch auf die Grundlagenforschung zurückwirken. Dies indem wir Sojapflanzen bereitstellen, in denen die Substrate von Mitogen-aktivierten Proteinkinasen und ihren Kinase-Kinasen identifiziert werden können.

Biochemie und Regulation der tageszeitspezifischen Duftstoffbildung bei Pflanzen

Für einige Höhere Pflanzen ist die Bestäubung durch Insekten essentiell für die Fruchtbildung und Reproduktion. Um eine effiziente Anlockung zu ermöglichen, präsentieren Pflanzen ihre Blüten in eindrucksvollen Farben und Formen. Zusätzlich können Blüten eine Vielzahl von Duftstoffen emittieren. Letztere werden nicht selten tageszeitspezifisch gebildet, um spezifisch tagsüber tagaktive Bienen und nachts nachtaktive Motten anzulocken. Düfte werden auch emittiert, um Herbivoren abzustoßen oder die Fressfeinde der Herbivoren nach Befall anzulocken, um diese zu vernichten bzw. zu dezimieren (Pathogenabwehr). Während die chemische Zusammensetzung solcher emittierten Düfte bereits in vielen Fällen sehr gut untersucht ist, sind die zugrundeliegenden Biosyntheswege, die entsprechenden Enzyme und vor allem die Regulation dieser so gut wie nicht aufgeklärt. In diesem Antrag sollen Regulationsmechanismen identifiziert werden, die eine tageszeitspezifische Synthese und Emittierung von Düften ermöglichen. In Betracht kommen verschiedene Regulationsebenen, z.B. Transkription, Translation, Aktivität und Emittierung aus Duftorganen. Für die Arbeiten sind Stephanotis floribunda und verschiedene Tabakspezies ausgewählt worden, da einerseits die Zusammensetzung ihrer Düfte bekannt sind und diese Pflanzen einen Großteil ihrer Duftstoffe nachts emittieren. Ziel dieses Projekts ist es, nacht-spezifische Regulationssysteme und -netzwerke zu detektieren und zu charakterisieren, die es den Pflanzen ermöglichen, gezielt Insekten anzulocken.

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.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1357: MIKROPLASTIK - Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze; MICROPLASTICS - Understanding the mechanisms and processes of biological effects, transport and formation: From model to complex systems as a basis for new solut, Teilprojekt C 03: Enzymatischer Abbau von Mikroplastik

Obwohl die meisten Kunststoffe sehr biostabil sind, gibt es klare Belege dafür, dass Mikroben diese Materialien enzymatisch abbauen können. Durch die Kombination verschiedener biochemischer und experimenteller Techniken mit Computersimulationen wollen wir verstehen, welche Eigenschaften ein Enzym haben muss, um Kunststoffe effizient angreifen und abbauen zu können. In dieser Hinsicht wird das kürzlich entdeckte Enzym PETase, das PET abbauen kann, als Modellsystem dienen. Dieses Enzym ist besonders interessant, da es strukturell und funktionell eng mit der Enzymegruppe der Cutinasen verwandt ist, von denen einige Vertreter auch PET angreifen können, wenn auch weniger effizient. Andere Cutinasen sind dazu jedoch nicht in der Lage. Darüber hinaus wollen wir nach neuen Enzymen suchen, die Kunststoffe wie zum Beispiel Polystyrol abbauen.

Der Einfluss von Bodenmikroorganismen auf die Mineralisierung organischer Substanz in Mikrohabitaten

Das Ziel dieses Projektes ist es, die Funktion von Bodenmikroorganismen für die Stabilisierung und die Mineralisierung von organischen Substanzen an der Grenzfläche zwischen Boden und Streustoffen zu ermitteln. Mit diesem Arbeitsschwerpunkt soll ein Beitrag zum Thema Nummer 1 'Stabilisierung durch strukturchemisch bedingte Eigenschaften (Rekalzitranz)' des DFG-Programmes geleistet werden. Mikrokosmosexperimente im Labor sollen den Zusammenhang zwischen der Sukzession von mikrobiellen Lebensgemeinschaften, der Substratverfügbarkeit an der Grenzfläche zwischen Streu und Boden und der Produktion von Bodenenzymen, die für den Abbau von organischen Verbindungen verantwortlich sind, klären. Ein besonderer Schwerpunkt soll darauf gelegt werden, den Zusammenhang zwischen Lokalisation und Funktion der Bodenorganismen in ihrem Habitat zu erfassen. Die Übertragbarkeit der in den Laborexperimenten gewonnen Daten auf die Situation im Freiland soll durch die Untersuchung der kleinräumigen Variabilität bodenmikrobiologischer Prozesse im Freiland (jeweils zwei ackerbauliche und zwei forstlich genutzte Standorte) überprüft werden. Ein ausgewählter Waldstandort soll zudem in allen Kompartimenten (Horizonte, Grenzschichten, Aggregatgrößenfraktionen) genauer betrachtet werden, um Aussagen über die quantitative Relevanz der einzelnen Vorgänge abzuleiten.

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