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Aufbau einer Bioprobenbank Radonexponierter Personen zur umfassenden Untersuchung biologischer Strahlenwirkungen

Immunologischer Nachweis von Strahlenschaeden

Es wird eine Methode entwickelt, welche den empfindlichen Nachweis durch UV und Roengenstrahlen induzierter Veraenderungen in der DNS ermoeglicht. Dazu werden in Kaninchen nach Injektionen bestrahlte DNS Antikoerper gebildet. Strahlenschaeden koennen mit ihrer Hilfe durch einen Radioimmunoverdraengungsassay in sehr geringen Mengen auch dort nachgewiesen werden, wo eine Markierung der DNS nicht moeglich ist.

Unbekannte mikrobielle Interaktionen: Die Auswirkungen von Pilzparasitismus auf Phytoplankton-Bakterien-Interaktionen, aufgedeckt durch Genom- und Transkriptomprofiling

Etwa die Hälfte der weltweiten Primärproduktion wird dem Phytoplankton zugeschrieben, obwohl es weniger als 1% der photosynthetischen Biomasse ausmacht. Phytoplankton ist somit die Grundlage aquatischer Nahrungsnetze und beeinflusst grundlegend die Zusammensetzung unserer Erdatmosphäre. Das Wachstum von Phytoplankton sowie entscheidende Wechselwirkungen zwischen Phytoplankton und Bakterien können jedoch durch Pilzparasiten mit unbekannten Regulationsmechanismen auf molekularer Ebene gestört werden. Um diese Mechanismen aufzuklären, werden wir OMICS auf zwei Modellsysteme anwenden. Das 1. Phytoplankton-Pilzparasit System wird in unserem Labor kultiviert und sein Genom wurde in unserer laufenden Arbeit sequenziert. Es besteht somit die Möglichkeit Genexpressionsprofile während des Parasitismus zu erstellen, anhand von Metagenomik- und Transkriptomikanalysen. Das zweite System ist neu, da es von unserer Gruppe erstmalig aus einem Küstengebiet isoliert wurde. Wir planen das Genom von diesem neuen marinen Modellsystems zu rekonstruieren, um zukünftige Studien zum Parasitismus im Phytoplankton zu initiieren. Unsere übergreifende Frage lautet: Wie modulieren parasitäre Pilzinfektionen im Phytoplankton funktionelle und metabolische Eigenschaften sowie Genexpressionsmuster innerhalb von Phytoplankton-Pilz-Bakterien-Assoziationen in aquatischen Umgebungen? Angesichts der Tatsache, dass Pilzparasiten weltweit in aquatischen Systemen verbreitet sind und potenziell die aquatische Primärproduktivität, kommerzielle Massenkulturen, aber auch schädliche Algenblüten einschränken, werden unsere Studienergebnisse sowohl für die Wissenschaft als auch für Industrie und dem Erholungstourismus relevant sein.

Genetik der Mikrosporenembryogenese und der DH-Erstellung bei Raps (Brassica napus L.)

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.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Zusammenhang von Allelkombinationen und Blühzeitpunkt-Phänotyp in der Weinrebe

In der 1. Phase des SPP1530 Programms wurden mehrere QTL-Regionen identifiziert, die den Blühzeitpunkt in der Weinrebe kontrollieren. Erste Ergebnisse weisen auf einen additiven Effekt dieser Loci hin, die in sehr früher bzw. später Blüte resultieren. Um diese genomischen Regionen genauer einzugrenzen und zu analysieren, wird eine stark erweiterte Kreuzungspopulation für Weinreben zur Feinkartierung von QTL genutzt sowie die Hypothese getestet, dass eine bestimmte Kombination von QTL-Allelen und Haplotypen zu einer sehr frühen beziehungsweise späten Blüte führt. Das Projekt wird folgende Schritte beinhalten: (1) Die Nutzung der gesamten heterozygoten Genomsequenzen beider Elternpflanzen der Kreuzungspopulation als Basis für die Untersuchung haplotyp-spezifischer Allelexpression; (2) Identifizierung von Kandidatengenen durch Genotyping-by-sequencing (GBS) an vorselektierten Nachkommen und SNP-Analyse, (3) Charakterisierung ausgewählter Kandidatengene aus den QTL-Regionen durch allel-spezifische RNAseq-Experimente sowie (4) Vernetzung dieser Ergebnisse mit phänotypischen Daten für den Blühzeitpunkt von Nachkommen der Kreuzungspopulation sowie züchterisch relevanten Sorten. Kooperationen mit weiteren Forschergruppen aus dem SPP-Verbund werden zusätzliche Erkenntnisse liefern, z.B. durch die Phylotranskriptom-Analyse zum Zeitpunkt der Blühinduktion. Durch die präzise Vorhersage des Blühzeitpunkts können neue Zuchtlinien generiert werden, die an veränderte klimatische Bedingungen angepasst sind.

Mobile genetische Elemente, Introns Gruppe II und III, als phylogenetsiche Marker

Die Euglenida sind einzellige Flagellaten mit großer Heterogenität. Die Entstehung der phototrohen Euglenida durch eine sekundäre Endocytobiose ist ein beeindruckendes Beispiel für retikulare Evolution. Eine Besonderheit der plastidären Genome von Euglena gracilis und Euglena longa ist der hohe Anteil an Introns der Gruppen II und III. Da Intronerwerb und -verlust seltene evolutionäre Ereignisse sind, eignen sich Intronsequenzen als molekulare Marker, um die Phylogenese zu rekonstruieren. Hier werden Introns von verschiedenen Genen der Plastiden auf ihre Verteilung innerhalb der phototrophen Euglenida untersucht.

DNA Barcoding der Erzwespenfauna Mitteleuropas

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Artbildung und Anpassung antarktischer Asselspinnen: Bewertung des Einflusses genetischer Drift und natürlicher Selektion durch vergleichende populationsgenomische und morphologische Analysen

Die Erforschung von Artbildungs- und Anpassungsprozessen ist zentral, um zu verstehen, wie Biodiversität entsteht und auf wechselnde Umweltbedingungen reagiert.. Ein idealer Ort für solche Studien ist das Südpolarmeer: Es beherbergt eine reiche und hochgradig endemische Fauna. Neuere Studien zeigen, dass viele benthische Arten aus Gruppen von genetisch distinkten Kladen bestehen, die als früher übersehene Arten pleistozänen Ursprungs interpretiert werden. Diese kryptischen Arten können durch molekulare Methoden (z. B. DNA-Barcoding) und z.T. auch durch morphologische Analysen unterschieden werden. Es wird angenommen, dass die Artbildung per Zufall erfolgte, als ehemals große Populationen während glazialer Maxima in kleinen allopatrischen Refugien isoliert wurden, wo sie starker genetischer Drift ausgesetzt waren. Alternative Artbildungsmodelle wurden bislang wegen fehlender molekularer Methoden kaum erforscht. Studien aus anderen Ökosystemen zeigen, dass ökologische Artbildung, d.h. Aufspaltungsereignisse durch unterschiedliche Selektion, ein naheliegendes alternatives Artbildungsmodell ist. In dem hier vorgestellten Projekt sollen erstmals hochauflösende genomische Methoden zusammen mit morphologischen Analysen benutzt werden, um konkurrierende Artbildungsmodelle für das Südpolarmeer zu testen. Als Fallstudie sollen hierfür Muster genetischer Drift und Selektion in einer besonders erfolgreichen Gruppe benthischer Arten des Südpolarmeeres untersucht werden, den Asselspinnen (Pycnogonida). Aufbauend auf vorangehenden Studien sollen genomische Muster neutraler und nicht neutraler Marker bei zwei Artkomplexen untersucht werden: Colossendeis megalonyx und Pallenopsis patagonica. Diese beiden Artkomplexe von Asselspinnen sind aufgrund mehrerer Merkmale hervorragende Modelle für die Themen dieses Antrages: 1) Es existieren zahlreiche genetisch divergente kryptische Arten, 2) erste morphologische Unterschiede wurden gefunden, 3) die weite Verbreitung der Vertreter sowohl auf dem antarktischen Kontinentalschelf als auch in weniger von den Vereisungen betroffenen subantarktischen Regionen, 4) ihre geringe Mobilität. Sollte eine durch genetische Drift bedingte allopatrische Artbildung in glazialen Refugialpopulationen der Hauptantrieb der Evolution sein, ist zu erwarten, dass Zufallsfixierung neutraler Allele und Signaturen von Populations-Bottlenecks in stark vereisten Gebieten am höchsten sind. Wenn andererseits natürliche Selektion der Hauptantrieb der Artbildung war, so sind starke Signaturen von Selektion auf Geno- und Phänotyp zu erwarten. Diese sollte am stärksten bei sympatrischen Arten sein (Kontrastverstärkung). Die Variation entlang von Genomen soll untersucht werden, um das Ausmaß zufälliger bzw. nicht zufälliger Variation einzuschätzen. Das vorgeschlagene Projekt wird ein wichtiger erster Schritt einer systematischen Erforschung der relativen Bedeutung von genetischer Drift und Selektion für die Evolution im Südpolarmeer sein.

Erhaltung des genetischen und kulturgeschichtlichen Erbes bei Tieren und Pflanzen in Europa

Nutztierrassen und Kulturpflanzensorten, die unter heutigen Bedingungen keine Hochleistungen erbringen, werden zuechterisch fallengelassen und sterben aus. So geht meist eine Fuelle kostbarer Erbanlagen verloren, die unter veraenderten Lebens- und Wirtschaftsbedingungen dereinst wieder von Bedeutung sein koennten (hohe Fruchtbarkeit, Resistenzen gegen Kaelte, Krankheiten usw.). Die Stiftung Pro Specie Rara bemueht sich, das untergehende Erbgut alter Nutztierrassen und Kulturpflanzensorten im Sinne einer Genreserve in-situ zu erhalten, indem sie letzte Exemplare aufspuert, Erhaltungsstrategien und Zuchtprogramme ausarbeitet und wenn noetig auch selbst durchfuehrt. Sie ist im ganzen Alpenraum (Schweiz und Ausland) sowie in einigen osteuropaeischen Laendern taetig, wo die wirtschaftlichen Umstrukturierung traditionelle Rassen und Sorten akut bedroht (Eko-Team-Praha-Koordinationsstelle seit Jan. 1991).

Bildung von gentoxischen Nitrosoverbindungen durch Nitrosierung von Nahrungskomponenten

Nitrat wird durch die Bakterien der Mundhoehle im Durchschnitt zu etwa 10 Prozent zu Nitrit reduziert. Dieses gelangt mit dem Speichel in den Magen, wo die sauren Bedingungen eine Nitrosierung von Nahrungskomponenten foerdern. Die entstehenden Nitroso-verbindungen werden z.T. enzymatisch, z.T. spontan, in chemisch reaktive Produkte umgewandelt. Eine Reaktion dieser Abbauprodukte mit der Erbsubstanz DNA kann zur Krebsausloesung beitragen. Im Rahmen frueherer Dissertationen wurde gezeigt, dass Alkylharnstoffe, aromatische Amine, sowie einzelne Aminosaeuren als wichtige Vorlaeufer in Frage kommen. Nicht zuletzt wegen der steigenden Nitratbelastung durch unsere Ernaehrung ist es deshalb wichtig, die endogene Bildung von kanzerogenen Nitrosoverbindungen fuer verschiedene Stoffklassen zu analysieren und in Relation zu setzen mit der Aufnahme von vorgebildeten Nitrosoverbindungen.

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