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DNA-Labor Methodenentwicklung

Das Projekt "DNA-Labor Methodenentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg durchgeführt. Molekulargenetische Methoden zu folgenden Fragestellungen werden optimiert: 1. Genetische Untersuchungen zur Herkunftsidentifizierung verschiedener Haupt- und Nebenbaumarten werden durchgeführt und die Labormethoden werden optimiert (z.B. Buche, Eiche, Pappel, Winter- und Sommerlinde, Spitz- und Bergahorn). 2. Weiterhin werden die Labormethoden zur Klonidentifizierung optimiert und Samenplantagen werden auf Klonechtheit überprüft (Lindensamenplantagen Kirchheim, Sulz und Herrenberg, Kirschenplantage Liliental). 3. Entwicklung einer Methode zum 'genetischen Fingerpint' von Baumindividuen, die zu der Identifizierung einzelner Bäume dienen wird.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät für Biologie und Biotechnologie, Arbeitsgruppe Verhaltensbiologie und Didaktik der Biologie durchgeführt. Ziel dieses Projekts ist es, auf wissenschaftlicher Grundlage zeitnah eine messbare und nachhaltige Zurückdrängung der Amerikanischen Faulbrut (AFB) und dadurch eine Verbesserung der Gesundheit von Honigbienenvölkern in Deutschland herbeizuführen. In einem interdisziplinären und arbeitsteiligen Verbundansatz werden die vorhandenen Techniken der AFB-Prophylaxe und -sanierung erstmalig umfassend und nachhaltig wissenschaftlich evaluiert. Es soll (i) eine praxisnahe Prüfung des offenen Kunstschwarmverfahrens zur Sanierung erkrankter Völker sowie (ii) eine praxisnahe Prüfung verschiedener Sanierungs- und Betriebstechniken in Bezug auf den Sanierungserfolg bei nicht erkrankten, aber infizierten oder ansteckungsgefährdeten Völker erfolgen. Diese Prüfungen werden jeweils begleitet von einer molekularen Erregertypisierung. Nach einer klassischen Erreger-Diagnostik werden P. larvae-positive Proben anschließend beim Projektpartner LIB molekular mittels rep-PCR, 'multi locus sequence typing' (MLST) und Gesamtgenomsequenzierung (WGS) genotypisiert. Alle molekularen Daten werden an den Projektpartner FBI weitergeleitet, der sie in einer Datenbank erfasst und verwaltet. Es werden systematische Tests zum Einfluss verschiedener Betriebs- und Sanierungstechniken auf die Belastung mit bakteriellen Sporen von Bienenvölkern durchgeführt werden. Ein wichtiger Aspekt des Projekts ist auch die proof-of-concept-Studie zur Praxistauglichkeit eines mobilen Niedertemperatur-Plasma-Reaktors zur Sterilisierung sporenkontaminierten Materials. Alle Sanierungsoptionen werden einer professionellen Wirtschaftlichkeitsanalyse unterzogen, um ökonomisch, ökologisch und seuchenrechtlich geeignete Verfahren zu identifizieren, die in enger Zusammenarbeit mit der Praxis optimiert werden sollen. Zum Projektende werden die erarbeiteten Resultate zielgruppenspezifisch (Veterinäre, Imker) und professionell in einem Leitfaden aufgearbeitet und über die Netzstrukturen barrierefrei allgemeinzugänglich gemacht.

Vorhaben: Taxonomie und Funktioneller Schwamm

Das Projekt "Vorhaben: Taxonomie und Funktioneller Schwamm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Biologisches Institut durchgeführt. Ziele: Das Verbundvorhaben dient dem Zweck, neue Wege zur schonenden und nachhaltigen Nutzung der Rohstoffquelle Schwamm zu entwickeln. Naturstoffe aus marinen Schwämmen und ihren Mikroorganismen stehen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Neben der artgenauen Bestimmung der Schwämme und der in ihnen siedelnden Mikroorganismen werden Experimente zur Zucht der Schwämme im Labor und in Marikulturen durchgeführt. Weitere Arbeiten konzentrieren sich auf die Isolierung und Charakterisierung pharmakologisch interessanter Wirkstoffe. Ebenso werden Verfahren entwickelt, um die bioaktiven Komponenten mit Hilfe von Schwammgenomanalysen oder chemischer Synthese dar zu stellen. Eine von den beteiligten Wissenschaftlern gegründete Verwertungsgesellschaft stellt die schnelle Umsetzung der Forschungsergebnisse in industrielle Anwendungen sicher.

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.

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.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei, Institut für Forstgenetik durchgeführt. Pappeln werden in Kurzumtriebsplantagen (KUP) für die Produktion von Bioenergie angebaut. Während der gesamten Zeit ist die Plantage Pilzerregern ausgesetzt, die schwere Schäden an den Bäumen verursachen können. Die meisten der schädlichen Pilzerreger bei der Pappel sind biotrophe Rostpilze der Gattung Melampsora. Die kosmopolitische Art Melampsora larici-populina stellt die größte Bedrohung für Pappelplantagen dar, da sie jährlich Wachstumseinbußen von bis zu 50 Prozent verursacht. Pflanzen erkennen Pilze über Rezeptoren, die das Pathogen-assoziierte molekulare Muster ('pathogen-associated molecular pattern'; PAMP) Chitin als Ligand binden. Wesentliche Bestandteile dieser Chitin-Rezeptoren sind 'Lysin-Motif-Receptor-Like-Kinasen' (LysM-RLKs). Analysen der Chitin-Signalkette in dikotyledonen Pflanzen zeigen, dass enzymatisch aktive und inaktive LysM-RLKs miteinander interagieren müssen, um einen funktionellen Rezeptor zu bilden. Die Wahrnehmung des Chitins löst in Pflanzen eine Immunantwort aus, die zu einer Resistenz gegen den Eindringling führen kann. Auf der anderen Seite müssen pilzliche Symbionten diese Immunantwort umgehen oder unterdrücken, um die Etablierung einer Mykorrhizierung zu erreichen. In dieser Hinsicht könnten LysM-Effektoren als Modulatoren der pflanzliche Immunantwort eine Rolle spielen. Ferner wird die Kommunikation zwischen der Pflanze und dem Mykorrhizapilz durch pilzliche Myc-Faktoren erleichtert, die von LysM-Rezeptoren des Wirts wahrgenommen werden. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, LysM-RLK-Gene in Pappeln und LysM-Effektor-Gene in dem Mykorrhiza-Pilz Laccaria bicolor zu identifizieren. Diese Gene sollen funktionell charakterisiert werden, um dann ausgewählte Gene für die Verbesserung von Pathogenresistenz und Mykorrhizierung zu nutzen. Zu diesem Zweck werden transgene Linien hergestellt. Zusätzlich ist geplant CRISPR/Cas9 zur Genom-Editierung zu verwenden.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Phytopathologie durchgeführt. 'Priming' erlaubt Pflanzen, bei Stress-Situationen schneller und stärker zu reagieren. In der Landwirtschaft wird von diesem Phänomen für den Pflanzenschutz profitiert. Heute kennen wir eine Vielzahl von kleinen Molekülen, die diesen Zustand induzieren. Zusätzlich kann auch das Mikrobiom Priming-induzierende Eigenschaften aufweisen. Es gibt klare Hinweise auf kultivarspezifische Variationen der Fähigkeit, den Priming-Zustand zu induzieren. Allerdings fehlen noch Ansätze, das Priming mit Hilfe des pflanzenassoziierten Mikrobioms zu induzieren oder die Kapazität von Priming für die Pflanzenzucht zu verbessern. Das Ziel von PrimedPlant ist es, detaillierte Informationen über Priming in Gerste zu gewinnen. Um unsere Ziele zu erreichen, werden wir die Physiologie von Priming in Gerste und die Priming-induzierenden Kapazitäten von Boden-Mikroorganismen untersuchen. Die Priming-Kapazität wird durch eine Quantifizierung der Resistenz gegenüber phytopathogenen Pilzen und Nematoden bewertet. Darüber hinaus werden wir eine Reihe von genetisch diversen Gerste-Kultivaren auf die Fähigkeit zur Priming-Induktion prüfen und genomweite Assoziationsstudien durchführen. Dank dieser Strategie erwarten wir, Gerste-Kultivare mit besonders hoher Kapazität, Priming als Reaktion auf mikrobielle Gemeinschaften in Boden zu induzieren, und jene Mitglieder von mikrobiellen Gemeinschaften zu identifizieren, die zum Priming-Phänomen beitragen.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsgesellschaft für Arbeitsphysiologie und Arbeitsschutz e.V. - Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (IfADo) durchgeführt. Lebertoxizität ist die häufigste Ursache, welche dazu führt, dass Medikamente vom Markt genommen werden müssen. Daher besteht ein großer Bedarf an zuverlässigen und relativ schnell, als auch kostengünstig durchführbarer Tests, welche eine Leber-toxische Wirkung im Menschen vorhersagen. Im aktuellen Projekt soll hierfür en systemtoxikologischer Ansatz gewählt werden, in welchem Umfang Imaging, Expressions- und funktionelle Daten in einem systembiologischen Ansatz zusammengeführt werden und zu einer Vorhersage von Lebertoxizität im Menschen führen sollen. Hierbei soll nicht nur qualitativ das Risiko eines möglichen toxischen Mechanismus erkannt werden; vielmehr soll darüber hinaus die Konzentration der Prüfsubstanzen im Blut und ggf. in den Hepatozyten vorhergesagt werden, bei welchen adverse Effekte auftreten. Zum Erreichen des oben genannten Ziels soll ein Arbeitsplan mit vier übergeordneten Meilensteinen umgesetzt werden: M1 (Monat 12): es sollen Transkriptomdaten Konzentrations- und zeitaufgelöst erhoben werden. Dies soll in HepG2- und in primären humanen Hepatozyten erfolgen. M2 (Monat 18): die biostatistische Auswertung der Expressionsdaten soll zur Ermittlung der jeweils kleinsten Konzentrationen der Prüfsubstanzen führen, welche zur Aktivierung von Mechanismen führen, über welche Toxizität vermittelt wird (sogenannte 'stress pathways'). M3 (Monat 30): Es soll der kausale Bezug zwischen der Aktivierung der 'stress pathways' und sogenannten 'apikalen Endpunkten' in vitro ermittelt werden. Apikale Endpunkte sind phänotypische Veränderungen, welche mit Organtoxizität in vivo in Zusammenhang gebracht werden können. M5 (Monat 36). Sowohl die Daten zu den 'stress pathways', als auch die apikalen Endpunkte sollen in ein räumlich-zeitliches-metabolisches Modell integriert werden.

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 B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Molekulargenetik, gentechnologische Sicherheitsforschung und Beratung durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Erforschung des Zusammenhangs zwischen therapeutischer Strahlenexposition im Kindesalter mit genetischen Veränderungen in Bezug auf Langzeitfolgen. Es sollen das zeitliche wie logistische Vorgehen zum Handling und Versand der Proben besprochen und die entscheidenden Prozesse synchronisiert werden. NGS-Systeme der aktuellen Generation (HiSeq und die dazugehörigen bioinformatischen Auswerteplattformen sind an der NGS-Unit (CUNA) des FB Biologie der Universität Mainz etabliert. Die RNA der Fibroblastenzelllinien wird sowohl vor als auch nach der Bestrahlung extrahiert, qualitätskontrolliert und mittels RNA-Seq sequenziert. Angestrebt sind Datensätze von min. 20 Mio. hochqualitativen Sequenzreads (2x100 Bp Leselänge, paired-end). Dabei werden die 'gematchten' Partner einer Gruppe gleichzeitig untersucht, um einen 'Batch-Bias' zu vermeiden. Unterstützung wird durch die Core Facility Bioinformatik geliefert, die an die Abteilung Medizinische Biometrie am IMBEI in Mainz angebunden ist. Die DNA der Fibroblastenzelllinien wird ebenfalls extrahiert. Für den 'whole genome shotgun' werden NGS-Sequenzbibliotheken unter Verwendung geeigneter Multiplex-Stategien generiert. Diese Bibliotheken werden anschließend durch die Projektpartner am DKTK in Heidelberg auf dem Illumina HiSeqx10-Gerätecluster sequenziert. Genomabdeckungen von mindestens 15-30X sind geplant. Auch hierbei werden die Matching-Partner einer Gruppe immer gleichzeitig untersucht. Der Start der zurzeit noch sehr teuren Gesamtgenom-Sequenzierung wird möglichst weit zeitlich nach hinten gelegt, um die in den nächsten 2 Jahren zu erwartenden Senkungen der Marktpreise bei der DNA-Sequenzierung voll auszuschöpfen. Unterstützung bei der Datenverarbeitung erfolgt wiederum durch die Core Facility Bioinformatik. In einem zweiten unabhängigen Probandenkollektiv werden die in Arbeitsschritt 2 und 3 identifizierten Kandidatengene resequenziert, um für die 'False Discovery Rate' zu kontrollieren.

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