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Teilvorhaben 1: Feldversuche zur Biomasse bei Energietriticale

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Feldversuche zur Biomasse bei Energietriticale" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Saatzucht Dr. Hege GbR, Außenstelle durchgeführt. Ziel dieses Projekts ist die Einführung von Triticalehybriden zur Steigerung des Biomasseertrags. Somit kann eine dringend notwendige Diversifizierung der Energiepflanzenfruchtfolge, die zur Zeit von Mais dominiert wird, erreicht werden. Durch eine QTL Kartierung sollen relevante Restorergene für das CMS-induzierende Cytoplasma im Genom lokalisiert und ihre Effekte geschätzt werden. Außerdem soll durch die Sequenzierung mehrerer Mitochondriengenome die genetische Basis dieser Cytoplasmen untersucht werden. In einem Vergleich zwischen Hybriden und Linien unter ökologisch divergierenden Bedingungen soll die erwartete Überlegenheit der Hybriden in Bezug auf den Biomasseertrag quantifiziert werden. Im Rahmen dieses Projekts sollen dadurch die Grundlagen für eine wissensbasierte Hybridzüchtung bei Energietriticale geschaffen werden - ein vielversprechender Schritt hin zu einer Diversifizierung der Energiepflanzenfruchtfolge in Deutschland. Die Feldversuche erfolgen als fünf-ortige Prüfung mit zwei Wiederholungen pro Ort, in 2 Jahren. Die Isolierung und Aufreinigung der mitochondrialen DNA erfolgt an der Landessaatzuchtanstalt. Die Sequenzierung und das de novo Assembly der Mitochondriengenome wird an einen externen Dienstleister vergeben. Die Genotypisierung der beiden Kartierungspopulationen mit DArT Markern erfolgt extern (Diversity Arrays Technology Pty Limited in Australien). Die Phänotypisierung der Pflanzen auf Restorerfähigkeit erfolgt und a. mittels Stereomikroskop.

Kontrolle des Blühzeitpunktes durch Trehalose-6-Phosphat

Das Projekt "Kontrolle des Blühzeitpunktes durch Trehalose-6-Phosphat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie durchgeführt. Im Lebenszyklus einer Pflanze ist die Blühinduktion von zentraler Bedeutung. Gerade wegen seiner Wichtigkeit steht das Blühen unter der Kontrolle eines komplexen genetischen Netzwerkes, das endogene Signale (Hormone, Kohlenhydrate, Alter) und Umweltsignale (Temperatur, Tageslänge) miteinschließt. Unter induktiven Tageslängen wird das Schlüsselgen der Blühinduktion FLOWERING LOCUS T (FT) in der Vaskulatur der Blättern induziert und löst als Langstreckensignal im Apikalmeristem die Blütenbildung aus. Vom Dissacharid Trehalose-6-Phosphat konnte gezeigt werden, dass es in der Koordination von Kohlenhydratstatus und Entwicklungsprozessen als Signalmolekül fungiert. Arabidopsis thaliana Pflanzen, denen das TREHALOSE 6-PHOSPHAT SYNTHASE1 (TPS1) Gen fehlt, blühen außerordentlich spät. Kürzlich konnten wir zeigen, dass der TPS1/T6P-Signalweg die Expression verschiedener Blühzeitpunkt-regulierender Gene kontrolliert. In der Vaskulatur des Blattes ist das T6P/TPS1 Signal zur Induktion von FT unabdingbar, wohingegen im Sproßapikalmeristem MIR156 und dessen Zieltranskripte der SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN LIKE (SPL)-Gene das Ziel des T6P/TPS1 Signals darstellen. Gemeinsam stellen die umweltabhängigen (photoperiodischen) und physiologischen (T6P/TPS1) Signale sicher, dass das Blühen nur unter optimalen Bedingungen eingeleitet wird, das heißt wenn die Tageslänge eine Mindestlänge überschreitet und der Kohlenhydrathaushalt die energieaufwändige Blühinduktion und die Produktion von Samen gewährleisten kann. Dennoch bleiben viele Fragen die Funktion des T6P/TPS1 Signals betreffend offen. In diesem Antrag schlagen wir eine Serie von Experimenten vor, mit dem Ziel das T6P/TPS1 Signal besser in die Signalwege der Blühzeitpunktregulation einzubinden. Aus unseren Vorarbeiten ergibt sich, dass der T6P/TPS1-Signalweg das Blühen teilweise durch die Zellzyklus-abhängige Modulation der Stammzellanzahl im Meristem reguliert - ein zuvor unerforschter Aspekt, den wir weiter untersuchen werden. Außerdem konnte wir zeigen, dass T6P/TPS1 die Fähigkeit von Pflanzen auf Änderungen der Umgebungstemperatur zu reagieren, ebenso beeinflusst wie die Reaktion auf längere Kälteperioden (Vernalisation). Darauf aufbauend werden wir die Interaktion des T6P/TPS1-Signalweges mit der Temperatur-abhängigen Regulation des Blühens untersuchen. Abgesehen von den oben erwähnten Experimenten, die sich auf bekannte Gene und Signalwege fokussieren, werden neue Komponenten des T6P/TPS1-Signalweges identifiziert werden. Zu diesem Zweck haben wir bereits eine umfassende genetische Sichtung durchgeführt, um Suppressoren des späten Blühens der tps1-Mutante zu identifizieren. Als Teil des Schwerpunktprogramms werden wir die zugrundeliegenden Gene identifizieren, diese umfassend charakterisieren und in den T6P/TPS1-Signalweg integrieren. Zusammenfassend werden die geplanten Experimente wertvolle Hinweise zur Integration des Kohlenhydrathaushalts der Pflanzen in die Signalwege der Blühinduktion liefern.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften, Professur für Pflanzenzüchtung durchgeführt. Drought stress during grain filling can result in reduced grain filland subsequent loss in grain yield. As part of GABI-GRAIN, this projectaims to identify novel exotic proteins associated with improved droughttolerance during grain filling in barley. To achieve this aim a set ofspring barley introgression lines (S42-ILs) that originate from thecross Scarlett (H. vulgare) x ISR42-8 (H. spontaneum) (Schmalenbach etal. 2008 ) were screened for drought tolerance during grain filling. Intotal 49 S42-ILs and Scarlett as the control genotype were grown in theglasshouse using an automated irrigation system. At 10 days postanthesis (DPA) the irrigation system was set to provide well-wateredand drought stress conditions. Plants were scored for physiologicaltraits including flowering time, grain maturity, biomass, number ofears, grains per ear, thousand grain weight, grain yield and harvestindex. This phenotype data was then used for line by trait associationstudies to identify quantitative trait loci (QTL). This analysisidentified exotic alleles associated with increased and also decreasedplant performance under drought stress. Furthermore, we could alsoconfirm several QTL detected in previous field experiments using thisS42-IL population. To understand the molecular mechanism controllingidentified QTL a proteomics study is underway. From selected droughttolerant S42-ILs and Scarlett that have been grown under well-wateredand drought stress conditions proteins will be extracted from grainsamples collected at 12, 16, 20 and 24 DPA. Differentially expressedproteins will then be detected using quantitative 2D gelelectrophoresis. Identified proteins associated with improved droughttolerance can then potentially be used as diagnostic bio-markers toassist in the selection of higher yielding barley lines under droughtconditions. Furthermore, this research will give a greaterunderstanding of the genetic and biochemical mechanisms that controldrought tolerance in barley.

Expressed Sequence Tags (ESTS) of Toxic Algae (ESTTAL)

Das Projekt "Expressed Sequence Tags (ESTS) of Toxic Algae (ESTTAL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) durchgeführt. Harmful algal blooms (HABs) are caused by local proliferation of algae, with deleterious consequences, particularly in coastal waters throughout the world. Negative environmental effects include toxicity to human consumers of seafood, marine faunal mortalities or morbidity, habitat damage, disruption of marine food webs and economic losses to fishing, aquaculture, and tourism. In Europe, socio-economic factors and human health risk have led to comprehensive surveillance programmes for harmful microalgae and their toxins. Among harmful microalgae and cyanobacteria in European marine and brackish waters, many produce potent neurotoxins, ichthyotoxins or hepatotoxins. Although structural elucidation of many of these groups of toxins has advanced, much less is known about biosynthetic pathways and gene regulation in toxigenic species. We propose a limited genomic study of expressed sequence tags (ESTs) for toxigenic representatives of major eukaryotic microalgal groups, including dinoflagellates, raphidophytes, prymnesiophytes and diatoms, and cyanobacteria. Cultures will be grown under various environmental conditions to investigate the effects of external forcing functions on gene expression linked to toxicity and growth. After cloning of cDNA of toxigenic strains pooled from cultures grown under these different conditions into plasmid vectors, about 10,000 clones from each taxon will be randomly sequenced for ESTs. Our approach is to annotate the ESTs and attempt to identify genes associated with toxin production. DNA microarrays will be developed for screening of toxigenic and non-toxigenic strains. In addition, the sequence data will be analysed to identify other genes that may be involved in cell regulation or growth, cell cycle events, stress response and the induction of sexuality. Cultures will be grown under various environmental conditions to investigate the effects of external forcing functions on gene expression linked to toxicity and growth. Successful completion of this project will yield new information on microalgal and cyanobacterial genomic sequences for a diversity of taxa and will assist in the diagnosis of genes related to toxin biosynthesis and the formation of toxic blooms.

Teilprojekt D

Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HYBRO Saatzucht GmbH & Co KG durchgeführt. Roggen ist als Rohstoffquelle für die energetische Verwertung etabliert. Verglichen mit anderen Energiepflanzen liegen für den Roggen bislang keine ausreichenden Erkenntnisse über Genombereiche vor, auf denen Gene mit einem Einfluß auf die Ausprägung komplex vererbter quantitativer Merkmale, wie z.B. Korn- und Strohertrag bzw. deren Ertragskomponenten, lokalisiert sind. Im skizzierten Projekt sollen mittels QTL-Analyse ertragsrelevante Bereiche des Roggengenoms identifiziert und für die praktische Hybridroggenzüchtung durch praxisfähige, molekulare Marker erschlossen werden. Es werden zwei spaltende Biparentalpopulationen mit je 250 Linien in umfangreichen Feldversuchen in 12 Umwelten (Jahr x Ort) in Deutschland geprüft, davon werden 8 Umwelten zusätzlich Stressvarianten angelegt. eine der beiden Populationen wird auch zur Milchreife geerntet. die Feldprüfung auf ertragsrelevante Merkmale erfolgt in den Jahren 2011 und 2012 in Leistungsprüfungsparzellen. Die zu erfassenden Merkmale sind im Einzelnen: Jugendentwicklung, Beginn Ährenschieben, Wuchshöhe, Lagerneigung, Tausendekorngewicht und Stroh- bzw. Kornertrag. Ergänzend zu vorhandenen genomischen Ressourcen des Roggens soll der Erkenntnisgewinn aus der grundlagenorientierten Forschung an Modellgenomen über Kornentwicklung und N-Stoffwechsel gezielt für die molekulare Charakterisierung des Roggengenoms genutzt werden. Gefundene, eng mit Markern gekoppelte QTL können funktional charakterisiert und gezielt in das Zuchtmaterial eingekreuzt werden. Eine solche Anwendung innovativer Markertechniken kann für beide Merkmale den Zuchtgang wesentlich beschleunigen und in Zukunft die sehr zeitaufwändigen, teure und häufig ungenaue Phänotypisierung unter Stressbedingungen teilweise ersetzten. Die wissenschaftlichen Ergebnisse werden bei nationalen und internationalen Tagungen und in peer-referierten Zeitschriften publiziert.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von W. von Borries-Eckendorf GmbH & Co. KG durchgeführt. Hybridsorten gewinnen verstärkt an Bedeutung und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung und Sicherung von Erträgen und Qualitäten, zur Steigerung der Nährstoff- und Wassernutzungseffizienz und damit der Schonung natürlicher Ressourcen im globalen Wintergerstenanbau. In SpeedBarley wird die genetische Breite der zukünftigen Wintergerste - Sortenentwicklung durch Kreuzungen mit Sommergerste erweitert werden und damit ein signifikanter Fortschritt hinsichtlich der Poolbildung in der Gerstenhybridzüchtung erwirkt. Kartierungspopulationen für die Charakterisierung blühbiologischer Eigenschaften werden erstellt und unter definierten klimatischen Bedingungen getestet, um nachhaltige Erkenntnisse für eine zuverlässige Linien- und Hybridsaatgutproduktion gewinnen zu können. Des Weiteren wird eine innovative Strategie zur beschleunigten Erstellung einer Saateltern-Population entwickelt, die trotz der langjährigen Anwendung der Doppelhaploiden-Produktion (DH) diese Schlüsseltechnologie maßgeblich optimieren wird. Mit Fokus auf die Hybridzüchtung ist die Strategie gekennzeichnet durch den Einsatz der asymmetrischen Protoplastenfusion zwischen H. vulgare und H. bulbosum, anschließend gezielter Kreuzung mit aktuellem Zuchtmaterial und integrierter markergestützter Selektion gleich zu Beginn einer Linienentwicklung im Züchtungsprozess. Aufgrund des zu erwartenden Erkenntnisgewinns auf der genetischen und pflanzenphysiologischen Seite und bei der zukünftigen Anwendung der neuen Strategie wird die wirtschaftliche nationale und internationale Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit aller beteiligten Wirtschaftspartner nachhaltig gestärkt werden.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Bereich Mathematik und Naturwissenschaften, Institut für Botanik, Lehrstuhl Zell- und Molekularbiologie der Pflanzen durchgeführt. Im Kartoffelanbau können Nematoden, insbesondere der weiße Kartoffelzystennematode Globodera pallida, Ertragsausfälle bis zu über 50 % verursachen. Von G. pallida existieren drei Pathotypen, die sich extrem schnell verbreiten. In Deutschland sind bereits großräumig Ackerböden verseucht. Da es sich bei G. pallida um einen Quarantäne-Schaderreger handelt, ist auf befallenen Ackerflächen der Anbau auf resistente Kartoffelsorten beschränkt. Das einzige zugelassene Nematodizid verhindert dabei lediglich die Larveneinwanderung und ist zudem aus Gründen des Umweltschutzes bedenklich. Die polygene Natur der Resistenz bedingt die geringe Aussagekraft des einzigen derzeit bekannten Markers. Das an der TUD entwickelte Inter-SINE Amplified Polymorphisms-Markersystems (ISAP) soll angewandt werden, um in einer genomweiten Assoziationsstudie molekulare Marker zu identifizieren, welche eine Kopplung zu Genen aufweisen, die eine G. pallida-Resistenz vermitteln. Hierfür soll auf die vom Bundessortenamt durchgeführte Resistenzeinstufung der in Deutschland zugelassenen Kartoffelsorten aufgebaut werden. Hinzugezogen werden G. pallida-resistente europäische Genotypen und Prebreeding-Material, welches von der resistenten Wildkartoffel Solanum vernii abstammt. Ziel ist die Identifizierung Resistenz-gekoppelter Markerbanden, um eine chromosomale Lokalisierung dieser Resistenz-assoziierten Loci und die Ableitung diagnostischer STS-Marker zu ermöglichen, die in der Kartoffelzüchtung zur Selektion eingesetzt werden.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Saaten-Union Biotec GmbH durchgeführt. Hybridsorten gewinnen verstärkt an Bedeutung und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung und Sicherung von Erträgen und gewünschter Qualität, zur Steigerung der Nährstoff- und Wassernutzungseffizienz und damit zur Schonung natürlicher Ressourcen im globalen Wintergerstenanbau. In SpeedBarley wird die genetische Basis der zukünftigen Sortenentwicklung in Wintergerste durch Kreuzungen mit Sommergerste erweitert werden und damit ein signifikanter Fortschritt hinsichtlich der Poolbildung in der Gerstenhybridzüchtung erreicht. Kartierungspopulationen für die Charakterisierung blühbiologischer Eigenschaften werden erstellt und unter definierten klimatischen Bedingungen getestet, um nachhaltige Erkenntnisse für eine zuverlässige Linien- und Hybridsaatgutproduktion gewinnen zu können. Des Weiteren wird eine innovative Strategie zur beschleunigten Erstellung einer Saateltern - Population entwickelt, die trotz der langjährigen Anwendung der Doppelhaploiden-Produktion (DH) diese Schlüsseltechnologie maßgeblich optimieren wird. Mit Fokus auf die Hybridzüchtung ist die Strategie gekennzeichnet durch den Einsatz der asymmetrischen Protoplastenfusion zwischen H. vulgare und H. bulbosum, anschließend gezielter Kreuzung mit aktuellem Zuchtmaterial und integrierter markergestützter Selektion bereits zu Beginn der Linienentwicklung. Aufgrund des zu erwartenden Erkenntnisgewinns auf der genetischen und pflanzenphysiologischen Ebene und der zukünftigen Anwendung der neuen Strategie wird die wirtschaftliche nationale und internationale Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit aller beteiligten Wirtschaftspartner nachhaltig gestärkt werden, ebenso wie die Reputation der Wissenschaftspartner.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Saatveredelung AG durchgeführt. Hybridsorten gewinnen verstärkt an Bedeutung und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung und Sicherung von Erträgen und Qualitäten, zur Steigerung der Nährstoff- und Wassernutzungseffizienz und damit der Schonung natürlicher Ressourcen im globalen Wintergerstenanbau. In SpeedBarley wird die genetische Breite der zukünftigen Wintergerste - Sortenentwicklung durch Kreuzungen mit Sommergerste erweitert werden und damit ein signifikanter Fortschritt hinsichtlich der Poolbildung in der Gerstenhybridzüchtung erwirkt. Kartierungspopulationen für die Charakterisierung blühbiologischer Eigenschaften werden erstellt und unter definierten klimatischen Bedingungen getestet, um nachhaltige Erkenntnisse für eine zuverlässige Linien- und Hybridsaatgutproduktion gewinnen zu können. Des Weiteren wird eine innovative Strategie zur beschleunigten Erstellung einer Saateltern-Population entwickelt, die trotz der langjährigen Anwendung der Doppelhaploiden-Produktion (DH) diese Schlüsseltechnologie maßgeblich optimieren wird. Mit Fokus auf die Hybridzüchtung ist die Strategie gekennzeichnet durch den Einsatz der asymmetrischen Protoplastenfusion zwischen H. vulgare und H. bulbosum, anschließend gezielter Kreuzung mit aktuellem Zuchtmaterial und integrierter markergestützter Selektion gleich zu Beginn einer Linienentwicklung im Züchtungsprozess. Aufgrund des zu erwartenden Erkenntnisgewinns auf der genetischen und pflanzenphysiologischen Seite und bei der zukünftigen Anwendung der neuen Strategie wird die wirtschaftliche nationale und internationale Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit aller beteiligten Wirtschaftspartner nachhaltig gestärkt werden.

Teilprojekt 6

Das Projekt "Teilprojekt 6" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung I, Professur für Pflanzenzüchtung durchgeführt. Hybridsorten gewinnen verstärkt an Bedeutung und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung und Sicherung von Erträgen und Qualitäten, zur Steigerung der Nährstoff- und Wassernutzungseffizienz und damit der Schonung natürlicher Ressourcen im globalen Wintergerstenanbau. In SpeedBarley wird die genetische Breite der zukünftigen Wintergerste - Sortenentwicklung durch Kreuzungen mit Sommergerste erweitert werden und damit ein signifikanter Fortschritt hinsichtlich der Poolbildung in der Gerstenhybridzüchtung erwirkt. Kartierungspopulationen für die Charakterisierung blühbiologischer Eigenschaften werden erstellt und unter definierten klimatischen Bedingungen getestet, um nachhaltige Erkenntnisse für eine zuverlässige Linien- und Hybridsaatgutproduktion gewinnen zu können. Des Weiteren wird eine innovative Strategie zur beschleunigten Erstellung einer Saateltern-Population entwickelt, die trotz der langjährigen Anwendung der Doppelhaploiden-Produktion (DH) diese Schlüsseltechnologie maßgeblich optimieren wird. Mit Fokus auf die Hybridzüchtung ist die Strategie gekennzeichnet durch den Einsatz der asymmetrischen Protoplastenfusion zwischen H. vulgare und H. bulbosum, anschließend gezielter Kreuzung mit aktuellem Zuchtmaterial und integrierter markergestützter Selektion gleich zu Beginn einer Linienentwicklung im Züchtungsprozess. Aufgrund des zu erwartenden Erkenntnisgewinns auf der genetischen und pflanzenphysiologischen Seite und bei der zukünftigen Anwendung der neuen Strategie wird die wirtschaftliche nationale und internationale Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit aller beteiligten Wirtschaftspartner nachhaltig gestärkt werden.

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