Development of insecticide resistance in insect pest species is one of the main threats of agriculture nowadays. The cotton bollworm, Helicoverpa armigera, is the noctuid species possessing by far the most reported cases of insecticide resistance worldwide, correlated with one of the widest geographical distributions of any agricultural pest species. This turns H. armigera into an adequate model to study resistance mechanisms in detail. The main mechanisms underlying insecticide resistance are target side insensitivity and metabolism, mainly due to carboxylesterases and cytochrome P450 monooxygenases. Just recently, the resistance mechanism of an Australian H. armigera strain toward the pyrethroid fenvalerate was ascribed to a single P450, CYP337B3. CYP337B3 is a naturally-occurring chimera between CYP337B2 and CYP337B1 evolved by an unequal crossing-over event. This enzyme had acquired new and exclusive substrate specificities resulting in the detoxification of fenvalerate. This is the first known case of recombination as an additional genetic mechanism, besides over-expression and point mutation, leading to insecticide resistance. Therefore, CYP337B1, CYP337B2, and CYP337B3 are ideal candidates for studying structure-function relationships in P450s. The project aims to characterize amino acids that are crucial for the activity of CYP337B3 toward detoxification of fenvalerate. Additionally, cross-resistance conferred by CYP337B3 enables the determination of common structural moieties of pyrethroids favoring detoxification by CYP337B3 and those leading to resistance breaking. Pyrethroids with identified resistance breaking moieties could be used to control even pyrethroid-resistant populations of H. armigera. Another advantage of this system is the conferment of insecticide resistance by CYP337B3 that is not restricted to Australia but seems to be a more common mechanism as recently revealed by the finding of the chimeric P450 in a cypermethrin-resistant Pakistani strain. To shed light on the contribution of CYP337B3 to pyrethroid resistance of H. armigera and even closely related species worldwide, field populations from different countries will be screened by PCR for the presence of CYP337B3 and its parental genes. If applicable, the allele frequency of CYP337B3 will be determined being a convenient method to conclude the resistance level of the tested populations. Finally, the project will result in advising farmers on the control of populations of H. armigera and related species possessing CYP337B3. This will even become more important due to the climate change allowing H. armigera to spread northward including central Europe, where H. armigera is not yet able to survive wintertime.
In diesem Projekt sollen die wichtigsten landwirtschaftlich nutzbaren Festuca-Arten hinsichtlich ihrer Eignung als Bioenergiegras für marginale Standorte züchterisch bearbeitet werden. In diesem Zusammenhang soll ein tetraploider Genpool bei Wiesenschwingel aufgebaut werden und die spezifischen Eigenschaften für Bioenergiegräser sollen sowohl beim Wiesen- als auch beim Rohrschwingel verbessert werden. Die für das Projekt vorgesehenen Festuca-Genotypen werden nach einer speziell für Bioenergiegräser entwickelten Merkmalskombination aus dem bestehenden DSV-Genpool selektiert. Die Wiesen- und Rohrschwingel- Genotypen werden mittels SSR-Markeranalyse auf ihre genetische Distanz untersucht. Anschließend werden gezielte, 'intelligente' Rekombinationen durchgeführt und die Nachkommen in Leistungs- und Beobachtungsprüfungen auf spezifische Energiegras- Merkmale geprüft. - Gentoypenselektion aus DSV-Genpool und Ermittlung der genetischen Distanz mittels SSR-Markeranalyse - Rekombinationen, anschließend Leistungs- und Beobachtungsprüfung sowie SSR-Markeranalysen und 'intelligente' Rekombination der Nachkommenschaften - Tetraploidisierung von Wiesenschwingel-Genotypen, anschließend Leistungs- und Beobachtungsprüfung sowie SSR-Markeranalysen und 'intelligente' Rekombination der Nachkommenschaften - Zeitgleich Durchführung von Demonstrationsexperimenten zum Nachweis der Leistungsfähigkeit von Festuca-Arten.
The production of vaccines in plants bears a frequently discussed risk factor: The containment of potentially bio-hazardous genes. Transgenes transformed to the nucleus can escape to the environment through pollen flow. We can limit the risk of pollen-mediated transgene dissemination in the first line by use of the chloroplast transformation method. The advantages of plastid transformation consist in the precision of the transgene insertion via homologous recombination, in their maternal inheritance, the high transformation predictability, and circumvention of epigenetic effects, as are silencing and methylation. By this approach we determine the potential to synthesize antigen L1 of the Human Papilloma Virus (HPV) for vaccination in tobacco plastids. Vaccines can be delivered as antigens either for peripheral or oral immunization. Transformation of plants with genes carrying selected antigens of the respective pathogen allows producing immunogenic proteins on the field with very high yields. Our goal is the production of an antigen vaccine against Human Papilloma Virus (HPV), which causes cervical cancer prestages in nearly 2 Prozent of all women in Germany. In order to synthesize the antigenic L1 epitope from HPV 16 a chloroplast transformation vector will be constructed, which will contain a synthetic expression cassette: For increased transcription: two different promoters, for enhanced translation it will carry a 5 motif from the T7 phage G10L sequence. Further the L1 gene will be N-terminally fused to the sequence codons of the first 14 amino acids of GFP (green fluorescent protein) which confers an increased translation. On transcriptional level this construct is followed by a selection cassette containing the aadA gene. Regenerating calli carrying these constructs will be selected on a medium containing spectinomycin. Positive transformants will be identified by PCR and Southern analysis. Further Western blot analysis will prove successful expression of the L1 protein. The novel transformants are then tested on correct folding of the LTB-L1 fusion protein: The recombinant protein can be identified with conformation specific antibodies which only bind when L1 proteins formed virus like capsomers. Our further work is aimed to set up an inducible antigen expression system, which is regulated through chemical induction By this work, plant transformants will be shown to be a reasonable alternative for production of vaccines. Due to these results the next step to proof the immunogenicity has the best prospects.
Ziel des Projektes ist es, Bedingungen zu charakterisieren, unter denen sich rekombinante Bakterien in der Endophytenmikroflora etablieren und Transferereignisse stattfinden können. Darüber hinaus richtet sich ein zweiter Schwerpunkt auf die Untersuchung des Austrags replikationsfähiger DNA in die Umwelt. Im Ergebnis der Analysen sowie in Auswertung vorhandener Daten zur Endophytenbesiedlung von in vitro Kulturen sollen schlussfolgernd Empfehlungen zur Minimierung des Endophytenbesatzes und des Risikos eines unerwünschten Gentransfers abgeleitet werden.
Die Verwendung von CO2 als Rohstoff für die nachhaltige Produktion von Treibstoffen und Basischemikalien stellt eine umweltfreundliche Alternative zur Nutzung von energie- und kohlenstoffreichen Abfallgasen aus der Industrie dar und bietet die Möglichkeit, den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren. Für die Entwicklung von entsprechenden nachhaltigen Prozessen sind acetogene Bakterien besonders vielversprechend, da sie unabhängig von Licht und Sauerstoff die Energieträger H2 oder CO oder eine Mischung beider (Synthesegase) verwenden, um CO2 in höherwertige Produkte umzuwandeln. Hauptziel von OBAC ist es, energetische Barrieren acetogener Bakterien zu überwinden. Hierzu sollen wichtige Vertreter genetisch so verändert werden, dass sie mehr Energie generieren und somit die Produktionsleistung gesteigert wird. Darüber hinaus wird eine Erweiterung der Produktpalette bzgl. industriell relevanter Verbindungen angestrebt. Ein Ziel dieses Teilvorhabens ist es, die genetische Basis zur Erzeugung von Produktionsstämmen durch Genomsequenzierungen eines breiten Spektrums von acetogenen Bakterien zu erweitern. In Kombination mit Transkriptionsanalysen sollen neue Angriffspunkte zur Stammoptimierung und Erweiterung der Produktpalette mittels 'metabolic engineering' identifiziert werden. Diverse acetogene Bakterien sollen sequenziert und auf besondere Genkassetten für die Energiekonservierung untersucht werden, die für rekombinante Produktionsstämme relevant sein könnten. Diese rekombinanten Stämme werden ebenfalls sequenziert und validiert. Transkriptionsanalysen werden allen Verbundpartnern bei der Identifizierung von solchen Genen und Stoffwechselwegen dienen, die auf veränderte Wachstumsbedingungen, insbesondere auf den Einsatz der Gase des Industriepartners Arcelor reagieren. Der Fokus wird dabei auf den rekombinanten Stämmen bzw. Produktionsstämmen sowie den Untersuchungen des Expressionsniveaus von Genen mit Relevanz für die Acetonproduktion liegen.
Die Einsatzmöglichkeiten der Gasfermentationstechnologie und die Verwendung von Kohlenstoffdioxid (CO2) als Rohstoff bieten umweltfreundliche Alternativen im Sinne der Wiederaufbereitung von energie- und kohlenstoffreichen Abfallgasen aus der Industrie. Die mikrobielle Fixierung und Umwandlung von CO2 in biologisch hergestellte Rohstoffe ermöglicht zudem die Reduktion des Ausstoßes von Treibhausgasen. Die besondere Gruppe der autotrophen acetogenen Bakterien betreibt einen Fermentationsprozess, der unabhängig von Licht und Sauerstoff ist. Die Energieträger, welche diese Bakterien nutzen, um CO2 zu verwerten, sind Wasserstoff oder Kohlenmonoxid oder eine Mischung aus beiden Energieträgern (Synthesegase). Das Ziel dieses Vorhabens ist die gentechnische Herstellung rekombinanter acetogener Bakterienstämme, welche derzeitige energetische Barrieren überwinden und erhöhte Wachstumsraten und Produktionsleistungen während der Gasfermentation erreichen. Diese optimierten Stämme werden anschließend für eine heterologe Acetonproduktion genutzt. Das Vorhaben ist in aufeinander aufbauende Arbeitspakete gegliedert, in denen rekombinante acetogene Bakterienstämme mittels gentechnischer Methoden hergestellt werden. Zum einen werden Stämme konstruiert, die zusätzlich auf einem Expressions-plasmid die Gene des ech-Clusters tragen. Zum anderen werden Stämme hergestellt, welche die met-Gene plasmidcodiert exprimieren. Die Durchführung der notwendigen Arbeiten erfolgt wie in der Vorhabensbeschreibung geschildert. Die verifizierten rekombinanten acetogenen Bakterienstämme werden an die Verbundpartner (1, 3 und 4) zur weiteren Bearbeitung verschickt. Die besten Stämme werden daraufhin weiter gentechnisch modifiziert und für eine heterologe Acetonproduktion optimiert. Der in der Vorhabensbeschreibung definierte Arbeitsplan sieht das Erreichen von drei Meilensteinen sowie drei Pflichtergebnissen (engl., Deliverables) vor.
Die genetische Heterogenität von Cherry leaf roll virus (CLRV) Isolaten wird grundsätzlich, jedoch nicht ausschließlich, durch die Wirtspflanzenart bestimmt. Zum Beispiel deutet die unterschiedliche phylogenetische Gruppierung eines Himbeer-Isolats nach Analyse verschiedener Genombereiche auf genetische Rekombinationen zwischen CLRV-Isolaten hin, die möglicherweise eine erhöhte Virulenz von CLRV bedingen. Rekombinationsanalysen sollen Hinweise darauf geben, ob die genetische Organisation des Himbeer-Isolates gegenüber anderen CLRV-Isolaten bzw. die RNA-Population innerhalb dieses Isolates hinsichtlich ihrer Sequenz-Stabilität differiert. Das CLRV besitzt ein bipartites Genom mit zwei 3'polyadenylierten RNAs, deren offene Leserahmen am 5' und 3'Terminus jeweils durch eine nicht-kodierende Region (NCR) begrenzt werden. Die Translation der beiden RNAs erfolgt Cap-unabhängig, die Regulationsmechanismen sind aber bisher nicht bekannt. Vermutlich spielen hierbei die nicht kodierenden Regionen der beiden RNAs eine wichtige Rolle, die daher auf ihre Sekundärstrukturbildung und auf translationsassoziierte Sequenzmotive, wie sie für andere Viren bekannt sind, untersucht werden sollen, um ein CLRV-Translationsmodell zu erstellen.
Das Treibhausgas CO2 soll mit Hilfe von anaeroben Essigsäure-bildenden, rekombinanten Bakterien zu wertvollen Plattformchemikalien umgesetzt werden. In diesem Teilprojekt werden dafür benötigte Enzyme bereitgestellt und biochemisch / kinetisch charakterisiert. Die Untersuchungen erfolgen zuerst in den Ausgangsorganismen und später in den Produktionsstämmen. Durch gleichzeitigen Nachweis der Enzymmenge sollen mögliche Flaschenhälse in der Produktion der Plattformchemikalien erkannt und gebannt werden.
Wir werden zusammen mit Holger Puchta (Universität Karlsruhe) an 'site-specific integration' in Pflanzen arbeiten. 'Site-specific integration' wird Lösungen für Limitierungen bieten, die normalerweise mit der ungerichteten Integration der zu transformierenden DNA in transgenen Pflanzen einhergehen - nämlich Positionseffekte, 'gene silencing' oder Mutation von Genen. Sobald ein Locus identifiziert wurde, an dem nicht oben beschriebene Limitierungen auftreten, sollen nachfolgende Integrationen von transgener DNA gerichtet an diesen Locus erfolgen. Zunächst werden Systeme entwickelt, die es uns erlauben werden, 'site-specific integration' mit einfachen Mitteln zu verfolgen und nachzuweisen. Sobald diese Nachweismethoden etabliert und in Pflanzen transformiert worden sind, beabsichtigen wir 'site-directed integration' durch Stimulation der somatischen homologen Rekombination (HR) zu erzielen. Die Induktion der HR-Frequenz werden wir durch das spezifische Einführen von DNA-Doppelstrangbrüchen erreichen. Wir beabsichtigen die Technologie zu patentieren und diese durch Lizenzvergabe zu vermarkten. Darüber hinaus beabsichtigen wir unsere eigenen 'trait'-Projekte dadurch im Wert zu steigern.
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| Bund | 50 |
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| Förderprogramm | 50 |
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| offen | 50 |
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