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Teilprojekt B02: Funktionale Charakterisierung von signifikant mit Kohlenstoff-Isotopendiskriminierung assozierten Kandidatengenen

Mit Hilfe von next generation Resequenzierung werden Genomregionen mit Einfluss auf die Trockentoleranz in Mais charakterisiert. Diese Regionen werden in einer Introgressionsbibliothek, die für Trockentoleranz spaltet, gezielt angesprochen. Mit Trockentoleranz assoziierte Gene werden umfassend charakterisiert und in einer Sammlung diverser Maislinien auf allelische Variation untersucht. Ein in silico Ansatz dient der Lokalisierung weiterer Gene für Trockentoleranz und der Erstellung einer virtuellen Genomkarte für die Trockenstressantwort im Mais.

Pelophylax ridibundus (Pallas, 1771) Rana ridibunda Pallas, 1771 Seefrosch Amphibien Daten unzureichend

Der Seefrosch wird im Gegensatz zur letzten Roten Liste von Kühnel et al. (2009) in der vorliegenden Fassung der Gattung Pelophylax zugeordnet. Zuvor wurde der Name Rana ridibunda Pallas, 1771 genutzt. Der Seefrosch wurde in allen Bundesländern nachgewiesen, allerdings fehlt die Art fast flächendeckend in Mecklenburg-Vorpommern und in Schleswig-Holstein sowie in weiten Teilen Niedersachsens und Nordrhein-Westfalens (Schiemenz & Günther 1994, Günther 1996 c). Die TK25-Q-Rasterfrequenz (Zeitraum 2000 – 2018) beträgt 16,51 % und liegt in der Kriterienklasse „mäßig häufig“. Ohst (2008) konnte am Oberlauf der Donau, entlang des Rheins und im Ruhrtal auch genetische Marker allochthoner, mit P. ridibundus eng verwandter Arten (P. kurtmuelleri, P. cf. bedriagae) in zum Teil hohen Anteilen nachweisen. Allochthone Wasserfrösche, die vorwiegend vom Balkan und aus Anatolien stammten, wurden in mehreren europäischen Staaten ausgesetzt, u. a. in Frankreich, der Schweiz und in Belgien (Übersicht bei Plötner 2005, Holsbeek et al. 2008). Auch in Deutschland wurden allochthone Individuen angesiedelt, z. B. im Raum Essen (Kordges 1988) und in Südbayern (Mayer et al. 2013). Aufgrund fehlender Reproduktionsbarrieren können sich allochthone Tiere mit einheimischen Seefröschen kreuzen und fertile Nachkommen hervorbringen (Plötner et al. 2010). Rückkreuzungen zwischen solchen F1-Hybriden und autochthonen Individuen führen wiederum zu Introgressionen allochthonen Erbguts in den indigenen Genpool. Ausmaß, Dynamik und räumliche Muster solcher Hybridisations- und Introgressionsprozesse sind für die meisten der einheimischen Seefroschpopulationen weitgehend unbekannt, was die Beurteilung der Bestands- und Gefährdungssituation von P. ridibundus erheblich erschwert. Darüber hinaus ist unklar, in welchem Umfang vitale Seefrösche (vor allem Weibchen) aus heterotypischen Kreuzungen zwischen Seefröschen und hybridogenetischen Teichfröschen hervorgehen. Gleiches trifft für die Introgression lessonae-spezifischer Gene in den ridibundus-Genpool zu (vgl. Uzzell et al. 1977, Günther & Plötner 1988, Plötner et al. 2008). Aufgrund der unzureichenden Daten und der Vielzahl offener Fragen, die nur auf der Grundlage molekularer Untersuchungen geklärt werden können, ist es gegenwärtig nicht möglich, für autochthone P. ridibundus den langfristigen oder kurzfristigen Bestandstrend einzuschätzen. Eine Einschätzung der aktuellen Bestandssituation als mäßig häufig ist dennoch plausibel, da die Rasterfrequenz aufgrund möglicher Verwechslungen mit dem Teichfrosch wahrscheinlich unterschätzt wird. Es wird vermutet, dass es in den letzten Jahrzehnten zu Bestandsrückgängen bzw. -abnahmen gekommen ist. Daraus ergibt sich die Rote-Liste-Kategorie “Daten unzureichend“. Im Gegensatz zur RL 2009 werden aufgrund der aktuellen Datenlage der kurzfristige wie auch der langfristige Bestandstrend nicht mehr als stabil (ehemals als „gleich bleibend“ bezeichnet), sondern als unbekannt eingeschätzt. Aus diesem Grund ändert sich die Rote-Liste-Kategorie von „Ungefährdet“ zu „Daten unzureichend“. Die vermuteten Bestandsrückgänge sind vor allem auf großräumige Meliorationsmaßnahmen sowie den Ausbau von Fließgewässern (Begradigungen und Vertiefungen) und damit die Zerstörung natürlicher, vegetationsreicher Still- und Flachwasserbereiche (Auen, Altarme) zurückzuführen. Darüber hinaus führen unsachgemäße Grabenräumungen zu Verlusten von Individuen. Auch von wasserbaulichen Anlagen und steilwandigen Gruben können zum Teil erhebliche Gefahren für den Seefrosch ausgehen. So fanden Schneeweiß & Wolf (2016) in einem Schacht eines Staubauwerks ca. 800 adulte See- und Teichfrösche (der Seefroschanteil betrug ca. 90 %), von denen 25 % bereits verendet waren. In landwirtschaftlich intensiv genutzten Gebieten dürfte die Verschmutzung von Gräben und Kanälen mit Gülle und Agrochemikalien einen negativen Einfluss auf die Bestandsentwicklung des Seefroschs haben, zumal P. ridibundus eine relativ geringe Toleranz gegenüber einem niedrigen Sauerstoffgehalt des Wassers aufweist und sich auch außerhalb der Reproduktionsperiode im Gewässer oder im Uferbereich aufhält. Sauerstoffmangel kann sich nicht nur negativ auf die Entwicklung von Seefroschlarven auswirken, sondern auch zu einer erhöhten Mortalität unter Adulten führen, die im Gewässer überwintern (Tunner & Nopp 1979, Berger 1982, Plénet et al. 1998). Vor allem in kleineren stehenden Gewässern können während langanhaltender Frostperioden hypoxische Bedingungen eintreten, da diese dann oft vollständig und über längere Zeiträume zufrieren, wodurch die Aufnahme atmosphärischen Sauerstoffs verhindert wird und die Sauerstoffproduktion durch Photosynthese stark eingeschränkt ist. Möglicherweise ist das ein Grund, warum P. ridibundus vor allem entlang der Flussläufe verbreitet ist und selbst größere Seen in bestimmten Regionen (z. B. in Mecklenburg-Vorpommern) frei von Seefröschen sind. Die wichtigste Schutzmaßnahme ist der Erhalt naturnaher Fließgewässer einschließlich der Auwälder (Plötner 2001, 2005) sowie die Förderung ihrer Dynamik. In stehenden Gewässern sollte der Schutz der Laichzonen und Röhrichtbestände oberste Priorität genießen. Im unmittelbaren Umgebungsbereich von individuenstarken, autochthonen Seefroschpopulationen sind extensive Bewirtschaftungsmaßnahmen anzustreben. Auf den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln und mineralischen Düngern ist nach Möglichkeit zu verzichten.

Optimierung chemisch-ökologisch vermittelter Resistenz gegen den Rapsglanzkäfer und deren Introgression in den Raps, Teilvorhaben 2: Bioassays und chemische Charakterisierung

ERA-NET SUSCROP: Entwicklung von standfestem und klimaangepasstem Roggen - ein Beitrag zur nachhaltigen Getreideproduktion in marginalen Umwelten ()RYE-SUS)

Roggen ist in Europa ein traditionelles Brotgetreide und eine wertvolle Energie- und Eiweißquelle für das Vieh. Die Anbauflächen von Roggen sind in Europa in den letzten Jahrzehnten allerdings kontinuierlich gesunken und dadurch verringerte sich auch die Diversität am Feld und am Teller bzw. im Trog. Weizen, Mais und Gerste dominieren heute als Nahrungs- bzw. Futtermittel. Das Ziel von RYE-SUS ist eine nachhaltige Steigerung und Sicherung der Roggenproduktion ohne Erhöhung des Wasser- und Düngemitteleinsatzes, vor allem auch in Produktionsrandlagen die für die Weizenproduktion ungeeignet sind. Erreicht wird dies durch eine Veränderung der Pflanzenarchitektur. RYE-SUS wird neuartige Gibberellin-sensitive Halbzwerg-Roggen mit optimiertem Ernteindex, hohem Ertragspotential, verbesserter Standfestigkeit, verbesserter Dürretoleranz und geringer Anfälligkeit für Mutterkorn entwickeln. RYE-SUS wird die Wettbewerbsfähigkeit von Roggen in der europäischen und kanadischen Landwirtschaft verbessern durch: (i) die Nutzung der Hybridzüchtung: Roggen ist fremdbefruchtend (offen abblühend). Die Selbstinkompatibilität gewährleistet eine hohe Durchkreuzung innerhalb einer Population. (ii) die Steigerung der zielspezifischen Selektionseffizienz und Beschleunigung der Züchtungsprozesse durch genombasierte Präzisionszucht: Ein kürzlich entwickelter 20k SNP-Array für Weizen, Roggen und Triticale wird zur Erstellung genomweiter Fingerabdrücke verwendet. (iii) die Verbesserung der Standfestigkeit, Frost- und Dürretoleranz sowie der Nährstoffeffizienz: durch die Einkreuzung des Kurzstrohgenes Ddw1 wird nicht nur die Wuchshöhe verringert und die Standfestigkeit verbessert, sondern auch die Assimilatumlagerung ins Korn erhöht. (iv) die Reduktion toxischer Mutterkornalkaloide im Erntegut: eine ausreichend hohe Pollenproduktion in den RYE-SUS Experimentalhybriden wird durch die markergestützte Introgression der Restorergene Rfp1, Rfp2 und Rfp4 gewährleistet. (v) die Nutzung natürlicher Genetik und die Entwicklung neuer molekularer Technologien: die genomweite Genotypisierung und die intensive Phänotypisierung an mehreren europäischen sowie kanadischen Standorten ermöglichen das Auffinden von Genregionen die für wichtige Merkmale des Roggens verantwortlich sind und (vi) die Entwicklung eines Wachstumsmodells für Roggen welches eine nachhaltige und optimierte Kulturführung von Roggen ermöglichen wird: erstmals wird für Roggen ein Wachstumsmodell entwickelt welches auch die Auswirkungen des Klimawandels auf die Roggenproduktion erfassen wird. Dafür wird ein bereits etabliertes Wachstumsmodell für Weizen durch umfangreiche Datensätze mit standortspezifischen Boden- und Tageswetterdaten, Aussaatterminen, Düngeintensitäten, Erntemanagementdaten, morphologische Daten sowie Daten zu Ertrag und Ertragskomponenten aus Langzeitversuchen an diversen Standorten in Deutschland und Europa angepasst. (Text gekürzt)

Patterns of evolution in the species complex of the tree-root endophyte Phialocephala fortinii

Populations of P. fortinii from allover Europe are examined using microsatellites to construct gene genealogies and infer evolutionary history. The tree-root endophyte Phialocephala fortinii s.l. (mitosporic Ascomycota) is the dominant colonizer of conifer root systems in forests in the northern hemisphere. P. fortinii s.l. is genetically highly diverse and forms a complex of several cryptic species. Recombination occurs or has occurred within cryptic species and to some extent also among them (introgression). Cryptic species occur sympatrically and they can form large thalli, but it remains unclear whether the observed patterns of spatial distribution reflect local climax situations or are the results of recent gene and genotype flow. One of the key objectives will be to estimate population genetic parameters (eg. migration rates, genotype flow, recombination) within and among populations of cryptic species in forests where man-mediated genotype flow can be excluded. Other key objectives are the determination of the number, frequency, distribution and evolutionary history of the cryptic species in Europe and to identify the driving forces for speciation. The approach will be multidisciplinary and will include standard mycological and microbiological methods as well as molecular genetic techniques such as microsatellite fingerprinting and DNA sequencing. The evolutionary history of haplotypes at both the population and species level will be reconstructed and the results will be compared with known patterns of pleistocenic glaciations and postglacial recolonization of host trees. The project will be a significant contribution to the understanding of the population and evolutionary genetics of a versatile and ecologically extremely successful fungal genus and it will shed light on the effects of pleistocenic and postglacial climatic changes on fungal speciation.

Optimierung chemisch-ökologisch vermittelter Resistenz gegen den Rapsglanzkäfer und deren Introgression in den Raps, Teilvorhaben 1: Introgression der Resistenz aus Eruca sativa

Optimierung chemisch-ökologisch vermittelter Resistenz gegen den Rapsglanzkäfer und deren Introgression in den Raps

Optimierung chemisch-ökologisch vermittelter Resistenz gegen den Rapsglanzkäfer und deren Introgression in den Raps, Teilvorhaben 3: Introgression der Resistenz aus Sinapis alba

Analyse und Nutzbarmachung genetischer Ressourcen für die ökologische Wintergerstenzüchtung mit Fokus auf Widerstandsfähigkeit gegenüber Flugbrand (Ustilago nuda)

Ziel des Projekts ist es, das biologische Verständnis der Flugbrandresistenz der Gerste zu verbessern und die Resistenz gegen den Erreger Ustilago nuda insbesondere für den Ökologischen Landbau zu steigern. Dazu sollen in genetisch diversem Material geeignete Resistenzeigenschaften identifiziert und in einem optimierten Kreuzungsansatz in Elitesorten mit exzellenten agronomischen und qualitativen Eigenschaften überführt werden. Zunächst wird auf Basis eines Differentialsortiments die Aggressivität von Flugbrandisolaten unterschiedlicher Herkunft bewertet. Zusätzlich werden vorhandene Elitesorten und hunderte Gerstengenotypen einer hochgradig diversen, weltweiten Kollektion einschließlich genetischer Ressourcen auf ihre Anfälligkeit gegenüber Flugbrand gescreent und auf GenotypGerste × GenotypFlugbrand-Interaktionen analysiert. Basierend darauf werden durch Kreuzung von Resistenzdonoren mit nicht-resistenten Genotypen bi-parentale Kartierungspopulationen aufgebaut. Diese Populationen werden für die genetische Kartierung der Flugbrandresistenz genutzt und ermöglichen die Ableitung molekularer Marker. Eng gekoppelte molekulare Marker erlauben eine effizientere Selektion resistenter Genotypen und die systematische Kombination unterschiedlicher Resistenzgene. Das Projekt unterstützt die Züchtung neuer Sorten mit verbesserter Resistenz gegen den Flugbrand der Gerste sowohl für die ökologische als auch für die konventionelle Landwirtschaft und trägt dazu bei, Resistenzgene nachhaltig nutzbar zu machen. Es kann damit einen wichtigen Beitrag für die Umsetzung des Green Deals der EU leisten. Durch die Introgression von Flugbrandresistenzen in Zuchtmaterial mit hohem Ertragspotential und exzellenten Qualitätseigenschaften hinsichtlich Futtereignung und Saatgutqualität soll zudem ein wichtiger Beitrag zur Qualitätssicherung des Sortenspektrums der Wintergerste geleistet werden.

Neue Ressourcen für die Resistenzzüchtung gegen Schadinsekten und Hitzestress geeignet für den Rapsanbau unter geringer Anbauintensität, Teilvorhaben D

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