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Bedrohtes Erbgut Esche - Phase II (Sche in Not - II)

Zielsetzung: Im vorliegenden Projekt soll das Züchtungsprogramm 'Esche in Not' fortgesetzt werden. Die bisherigen Versuchsergebnisse sind ausgesprochen vielversprechend, da eine wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Züchtung nachgewiesen werden konnte, d.h. ein auf dem Erbgut basierender Variationsanteil gegenüber dem Eschentriebsterben ist in unserem Versuchsmaterial vorhanden. Es sollen folgende Ziele erreichet werden: 1. Auswahl von gegenüber dem Eschentriebsterben hochresistenten Sämlingen mit gleichzeitig erhöhter Resistenz gegenüber Armillaria spec. 2. Praxisreife Bereitstellung eines Eschen-Klongemisches und Testanbauten in Forstbetrieben 3. Etablierung einer Samenplantage zur Erzeugung hochresistenten Eschenvermehrungsgutes 4. Information über das Projekt an die Öffentlichkeit, forstliche Praxis und den Naturschutz. Bedeutung des Projekts für die Praxis Die Einmischung und Bestandsbegründung mit standortsgerechten Laubhölzern sind unverzichtbare Maßnahmen zur Erhöhung der Stabilität der Bestände und zur Sicherung der wirtschaftlichen Grundlage der Forstbetriebe. Die Baumart Esche ist auf tiefgründigen, frischen Standorten eine der wichtigsten Mischbaumarten und wertholzfähig. Durch das Eschentriebsterben ist diese Baumart akut gefährdet und droht als wichtiges Mischungselement auszufallen. Da natürliche Anpassungsprozesse zu lange dauern bzw. durch menschliche Einflüsse eingeschränkt sind, sind Züchtungsbemühungen notwendig. Das vorliegende Projekt wird die Basis für resistentes Vermehrungsgut schaffen, und so einen wichtigen Beitrag zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit und Biodiversität der österreichischen Wälder leisten. So soll die Esche auch für künftige Generationen ihre ökologischen und ökonomischen Funktionen erfüllen. (Text gekürzt)

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: BE-Spring: Entdeckung der Springschwanz-Biodiversität von Wiesen mit neuen genomischen und metagenomischen Verfahren

Wirbellose Tiere im Boden sind schwer zu identifizieren, dabei stellen Collembola - Springschwänze - keine Ausnahme dar. Folglich ist bisher nur wenig über die grundlegende Ökologie und Naturgeschichte der Collembola bekannt, insbesondere auf der Organisationsebene von Arten und Gemeinschaften. DNA-basierten Identifikation (Barcoding und Metabarcoding) erleichtert die Identifizierung, bringt jedoch einige Schwierigkeiten mit sich: 1) Barcode-Datenbanken für Bodenorganismen sind unvollständig, insbesondere in Deutschland, 2) die Wahl des Barcodes und der PCR Primer beeinflusst die Vergleichbarkeit zwischen Studien und 3) Metabarcoding kann keine Aussage über den Umfang der Biomasse treffen. Wir adressieren diese Problematik zunächst mit der Erstellung einer spezialisierten Datenbank ('Springtail Genome Reference Database', SGRD) mit Fokus auf der Collembola-Fauna von Grasflächen. Diese Datenbank wird nicht nur alle gängigen Barcodes enthalten, sondern zusätzlich umfangreiche neue Genominformationen beinhalten. Des Weiteren implementieren wir eine shotgun-metagenomische Methodik, um die Probleme bezüglich der Primerauswahl und Biomasseschätzung beim Metabarcoding zu umgehen. Wir verwenden dann die SGRD Datenbank und Metagenomik zusammen, um die Strukturen und Funktionen der Collembola-Gemeinschaften auf allen 150 Wiesen der Biodiversitäts-Exploratorien zu bewerten. Im Einzelnen werden wir bewerten 1) wie die Intensität der Bodennutzung die Artenvielfalt, den Reichtum und 2) die Verbreitung von funktionellen Merkmalen ('Traits') beeinflusst, und 3) wie die Collembola-Gemeinschaften mit anderen Organismengruppen, insbesondere mit Pilze und Pflanzen des Graslandökosystems in Verbindung stehen. Diese Arbeit wird eine unschätzbare Ressource für die zukünftige Erforschung der Bodenfauna-Gemeinschaften in Westeuropa darstellen und neue Einblicke in die grundlegende Ökologie einer bisher wenig verstandenen Gruppe ermöglichen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Die genetische und molekular Analyse epistatischer Effekte des Blühzeitpunktes in einer 'multi-parent advanced generation intercross' (MAGIC) Population in Gerste

Hypothesen: Eine Vielelternpopulationen bietet eine hervorragende Ausgangspopulation für die genetische Analyse von epistatischen Interaktionen und die Identifikation derer Richtung; positive Interaktion, durch Komplementierung oder Unterstützung der Geninteraktion oder negativer Interaktion, durch Unterdrückung des genetischen Potentials durch die Interaktion; Gene, die epistatischen Effekten unterliegen, werden Organ- und Zeitspezifisch reguliert; Die erhobenen Ergebnisse können auf komplexere Genome überführt werden. Das Hauptziel dieses Projektes ist die funktionelle Charakterisierung von epistatischen Effekten für das Merkmal Blühzeitpunkt auf der genetischen und molekularen Ebene. Eine Vielelternpopulation bietet eine neue und innovative Mappingpopulation, um neue Geninteraktionen, die an dem Wechsel von der vegetativen in die generative Phase beteiligt sind zu identifizieren. Die Validierung der gewonnenen Ergebnisse in Weizen ermöglicht es, Aussagen über das Merkmal Blühzeitpunkt in komplexen Genomen und über die Übertragbarkeit gewonnener Daten innerhalb der Poaceae-Familie zu machen. Die gewonnenen Ergebnisse eröffnen ein detailliertes Verständnis über einen der wichtigsten Signalwege innerhalb der Pflanze, der zum Übergang von der vegetativen zur generativen Phase führt. Dieses ermöglicht wiederum dem Züchter die Anwendung von forschungsangewandtes Werkzeugen in Züchtungsprogrammen. Weitere Ziele: Präzisere Identifikation von Genregionen mit epistatischen Effekten für den Blühzeitpunkt in einer Vielelternpopulation mit einer mixed model Analyse durch eine verbesserte Haplotypenbildung aufgrund von höherer Markerdichte (50k SNP chip) Berechnung und Validierung der selektierten Genregionen in einem Winter- und einem Sommergerstenassoziationspanel Identifizierung von Kandidatengenen und allelischer Diversität in Genregionen mit epistatischen Effekten Expressionsanalyse von Genregionen mit signifikanten Interaktionen zur Analyse der Blühinduktion auf molekularem Level Validierung der Genregionen sowie Kandidatengene für epistatische Interaktionen in einer Vielelternpopulation in Weizen

Erhaltung vom Aussterben bedrohter Nutztierrassen und Kulturpflanzensorten (Genreserve)

Die Menschheit ist heute in der Nahrungsmittelversorgung im wesentlichen von knapp zwei Dutzend Tier- und Pflanzenarten abhaengig (GLOBAL 2000). Dabei fuehren die Entwicklung zur Monokultur und die Zuechtung immer ertragreicherer Sorten und Rassen zu einer gefaehrlichen genetischen Gleichfoermigkeit. Haustierrassen und Kulturpflanzensorten, die unter heutigen Bedingungen keine Hochleistungen erbringen, werden zuechterisch fallen gelassen und sterben aus. So geht meist eine Fuelle kostbarer Erbanlagen verloren, die unter veraenderten Lebens- und Wirtschaftsbedingungen dereinst wieder von groesster Bedeutung sein koennte - z.B. Resistenz gegen Kaelte, Krankheiten, Schaedlinge usw. Die Stiftung PRO SPECIE RARA bemueht sich, das untergehende Erbgut alter Tierrassen und Pflanzensorten im Sinne einer Genreserve zu erhalten, indem sie letzte Exemplare gefaehrdeter Arten vereint und zuechterisch betreut.

SASSCAL II: Charakterisierung und Technologietransfer von Wertschöpfungsprodukten aus klimabewussten, zukunftsorientierten Nutzpflanzen zur Verbesserung der Ernährungssicherheit in Botswana und Namibia

Die Rolle von Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau

Die Verunreinigung unserer Wasserressourcen mit organischen Schadstoffen, wie etwa Öl-bürtigen Kohlenwasserstoffen, ist ein ernstzunehmendes Problem und hat vielerorts bereits zu einer chronischen Belastung des Grundwassers geführt. Der biologische Abbau ist der einzige natürliche Prozess, der im Untergrund zu einer Schadstoffreduktion führt. Als Steuergrößen gelten hier die Anwesenheit von Abbauern (Mikroorganismen) und die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen. In den letzten Jahren wurde zudem die Bedeutung dynamischer Umweltbedingungen (z.B. Hydrologie) als wichtige Einflussgröße erkannt. Ein wichtiger Aspekt wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, nämlich die Rolle der Viren bzw. Phagen. Viren sind zahlenmäßig häufiger als Mikroorganismen und ebenso ubiquitär vorhanden. Mittels verschiedener Mechanismen können sie einen enormen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften ausüben. Einerseits verursachen sie Mortalität bei ihren Wirten. Andererseits können sie über horizontalen Gentransfer den Wirtsstoffwechsel sowohl zu dessen Vorteil als auch Nachteil modifizieren. In den vergangenen Jahren konnten verschiedene mikrobielle Phänomene der Aktivität von Viren zugeschrieben werden. Die klassische Ansicht, dass Viren ausschließlich Parasiten sind, ist nicht mehr zutreffend. Als Speicher und Überträger von genetischer Information ihrer Wirte nehmen sie direkten Einfluss auf biogeochemische Stoffkreisläufe sowie auf die Entstehung neuer Schadstoffabbauwege. Biogeochemische Prozesse in mikrobiell gesteuerten Ökosystemen wie dem Grundwasser und die dynamische Entstehung und Anpassung an neue Nischen als Folge von Veränderungen der Umweltbedingungen kann nur verstanden werden, wenn der Genpool in lytischen und lysogenen Viren entsprechend mit berücksichtigt wird. Das Projekt ViralDegrade stellt Paradigmen in Frage und möchte eine völlig neue Perspektive hinsichtlich der Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau eröffnen, welche zur Zeit noch als Black Box behandelt werden. ViralDegrade postuliert, dass Viren (i) durch horizontalen Gentransfer und den Einsatz von metabolischen Genen den Wirtsstoffwechsel modulieren (Arbeitshypothese 1) und (ii) für den temporären Zusammenbruch von dominanten Abbauerpopulationen und, damit verbunden, für den Wechsel zwischen funktionell redundanten Schlüsselorganismen verantwortlich sind (Arbeitshypothese 2). Sorgfältig geplante Labor- und Felduntersuchungen und vor allem der kombinierte Einsatz von (i) neu entwickelten kultivierungsunabhängigen Methoden, wie etwa dem Viral-Tagging, und (ii) ausgewählten schadstoffabbauenden aeroben und anaeroben Bakterienstämmen, garantieren neue Erkenntnisse zur Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau sowie ähnlichen mikrobiell gesteuerten Prozessen. Ein generisches Verständnis der Vireneinflüsse wird zudem zukünftig neue Optionen für die biologische Sanierung eröffnen.

Sonderforschungsbereich (SFB) 924: Molekulare Mechanismen der Ertragsbildung und Ertragssicherung bei Pflanzen; Molecular Mechanisms Regulating Yield and Yield Stability in Plants, Sub project Z02: Bioinformatics analysis of genomes and transcriptomes

This is the bioinformatics service project of the SFB924. It will support and train all scientists involved in bioinformatic analysis.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Genetic Dissection of Flowering Time in Wheat by High-density Genome-wide Association Mapping

Wheat (Triticum aestivum L.) is grown worldwide and is one of the most important crops for human nutrition. Einkorn wheat (Triticum monococcum) is a diploid relative of bread wheat and both have the A genome in common. The timing of flowering is of major importance for plants to optimally adjust their life cycle to diverse environments. QTL mapping studies indicated that flowering time in cereals is a complex trait, which is controlled by three different pathways: vernalization, photoperiod and earliness per se. In wheat, high-resolution genome-wide association mapping is now possible, because of the availability of a high density molecular marker chip. The main goal of the proposed project is to investigate the regulation of flowering time in wheat using a genome-wide association mapping approach based on a novel high-density SNP array. In particular, the project aims to (1) investigate the phenotypic variation of flowering time of bread wheat and Einkorn wheat in response to environmental cues in multilocation field trials, (2) study the effects of Ppd alleles on flowering time in a candidate 3 gene approach, (3) determine the genetic architecture of flowering time in a high-density genome-wide association mapping, and (4) investigate the plasticity of the genetic architecture of flowering time in wheat by a comparison between bread wheat and Einkorn wheat.

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.

Molecular and biochemical characterization of lipoxygenase candidate genes involved in the biosynthesis of flavour-related volatiles in cultivated apple (Malus x domestica)

Lipoxygenases (LOX) catalyze the addition of molecular oxygen to polyunsaturated fatty acids to produce their respective hydroperoxides and have many different putative physiological functions in higher plants. The LOX reaction provides the substrates, e.g. for the formation of aroma-active C6-aldehydes as well as hexyl and hexenyl esters that decisively shape the aroma pattern of ripe and stored apple fruits. Therefore, the focus of the project will be on the characterization of the LOX gene family in apple to investigate for the first time crucial steps of the aroma formation in fruits of the cultivated apple with an interdisciplinary approach using molecular genetic and biochemical methods. Preliminary data obtained from QTL analyses and candidate gene mapping approaches have confirmed that lipoxygenase (LOX) is an important gene which determines aroma profiles of apple genotypes. Available Malus databases will be screened for LOX nucleotide sequences. LOX genes belonging to different subclasses of the gene family will be cloned by PCR-based strategies and genetically mapped in the Malus genome. Temporal and spatial expression patterns will be determined and candidate genes functionally characterized by heterologous expression systems (E. coli, Nicotiana, Fragaria). The data will finally be used to develop functional markers to support molecular breeding and to enable a more efficient documentation of biodiversity of aroma patterns in Malus gene bank accessions, apple varieties and breeding material lifting the selection of suitable crossing partners to a new efficiency level.

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