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Charakterisierung eines hypovirulenten Chrysovirus aus Fusarium graminearum: Prozessierung der viralen Proteine, Replikation und Infektion

Das Isolat Fusarium graminearum China 9 (Fg-ch9) zeigt nach Infektion auf Weizen und Mais gegenüber anderen Isolaten, wie dem Wildtyp Fg-PH1, eine verringerte Virulenz. Dieses Phänomen der Hypovirulenz ist von einigen filamentösen phytopathogenen Pilzen beschrieben worden und wird durch Mykoviren verschiedener Genera verursacht. Auch aus dem Fg-ch9 konnte ein isometrisches 35 bis 40 nm Mykovirus isoliert werden (V-ch9), dessen Sequenz eine hohe Ähnlichkeit mit Chrysoviren (Familie Chrysoviridae) aufweist. Das Genom dieses Mykovirus ist auf fünf dsRNAs verteilt, auf welchem jeweils ein Offenes Leseraster (ORF) für Proteine zwischen 79 und 127 kDa kodiert. Das 127 kDa Protein des ORF von RNA 1 kodiert für die RNA-abhängige RNA Polymerase, welche Bestandteil des Partikels ist. Die Translationsprodukte der ORFs von RNA 2 und RNA 3 bilden als prozessierte Derivate das Kapsid. Das Translationsprodukt von RNA 5 ist nicht Bestandteil des Partikels und weist Zink-Finger Motive auf. Für dieses Protein wurde die Fähigkeit zur Suppression von gene silencing nachgewiesen. Ob das Translationsprodukt von RNA 4 prozessiert wird und welche Funktion es hat, ist gegenwärtig unklar. Das Interesse an Mykoviren ist erst in den letzten Jahren gestiegen, so dass die Replikation und Interaktionen zwischen Pilz und Virus wenig erforscht sind. Nach der Sequenzierung und Klonierung der viralen RNAs des V-ch9 und ersten Analysen zur Funktion der von den ORFs exprimierten Proteine und deren Prozessierung sollen deswegen im nächsten Schritt die Prozessierung sowie das zeitliche Auftreten während der Replikation genauer untersucht werden. Aus diesen Daten können möglicherweise Rückschlüsse auf deren Funktion(en) gezogen werden. Die genaue Analyse der Funktion muss dann in einem weiteren Schritt mit Hilfe der Reversen Genetik analysiert werden. Da dsRNA Viren für ihre Replikation ihre RNA-abhängige RNA Polymerase und eine schützende Hülle benötigen, ist für das V-ch9 und alle anderen dsRNA Mykoviren die Reverse Genetik zwar prinzipiell möglich, jedoch ungleich aufwändiger als für ssRNA Viren, bei denen eine virale RNA infektiös ist. Neben dem System an sich fehlen für das Virus aus Fg-ch9 eine einfache Methode der Infektion und ein Wirt, in dem das Virus stabil repliziert. Hier sollen über die Testung der Infektion über Anastomosen und die Etablierung eines geeigneten Wirtes für die Replikation über Eliminierung des Virus aus Fg-ch9 bzw. Modifikation eines Laborstammes von F. graminearum weitere Voraussetzungen für das Etablieren eines Systems zur Reversen Genetik geschaffen werden.Bei Kenntnis der Replikation und Kenntnis der Funktion der viralen Proteine können Konzepte für den Einsatz der Hypovirulenz in der Praxis entwickelt werden.

Untersuchungen der Produktion und Biosynthese von Bouvardin aus endophytischen Mikroorganismen einer in Mexiko beheimateten Heilpflanze

BioEconomy international 2014 - Neue Produktionsstämme für die heterologe Expression bakterieller Exo-Enzyme in hochproduktiven Stämmen für die Anwendung in der industriellen Biotechnologie

Limitierender Faktor für die Wirtschaftlichkeit der zweiten Generation der weißen Biotechnologie sind die Kosten für die Produktion von Zucker, der als nachwachsender Rohstoff aus nicht-essbaren Pflanzenbestandteilen gewonnen und als Fermentationsrohstoff genutzt wird. Hauptbestandteil der pflanzlichen Biomasse sind Polysaccharide, die aufgrund ihrer komplexen Struktur sehr stabil und relativ resistent gegenüber dem enzymatischen Abbau sind. Die effektivsten natürlichen Enzyme für die Hydrolyse der Polysaccharide stammen aus thermophilen Clostridien, allerdings stehen für diese Enzyme keine lizenzfreien und kostengünstigen industriellen Produktionsstämme zur Verfügung. Das Projekt soll das Potential von Bakterien für die rekombinante Produktion von Exoenzymen im industriellen Maßstab evaluieren. Hierfür werden Bacillus-Stämme aus der Umwelt isoliert und mit etablierten Stämmen mittels eines entwickelten Assays für die sekretierten Proteinmengen in ihrer Produktion verglichen. Potente Stämme werden ausgewählt, auf Patent- und Lizenzfreiheit überprüft und auf notwendige Parameter für die Eignung zur industriellen Produktion sowie für die genetische Manipulation getestet. Ein Kandidat wird sequenziert und zum Produktionsstamm für clostridiale Beispielenzyme entwickelt. Die Klonierung und Expression der Gene erfolgt im Plasmidsystem eines anderem Projektes (FKZ: 031A556, Prof. Liebl). Die produzierten Enzyme werden auf Glycosylierung und Aktivität getestet. Die Produktion wird durch Optimierung der Medien, sowie der Verfahrensführung gesteigert. Die Ergebnisse werden mit einer parallelen Entwicklungsreihe eines pilzlichen Produktionsstammes beim russischen Partner verglichen und Synergien ausgelotet.

FP1-BAP, Genetic Manipulation of the anaerobe, Zymomonas Mobilis for Fermentation of waste Starch

Objective: Zymomonas bacteria could offer considerable potential for improved alcohol fermentation in comparison with yeasts. An efficient expression vector is, however, an absolute requisite to open the possibility of genetically engineered zymomonas. The bacteria could then be made able to use for example renewable carbon substrates abundant in agriculture wastes. General Information: An efficient expression vector shall be constructed for zymomonas mobilis. For this, the promotor of the pyruvate decarboxylase gene will be isolated, sequenced and built into a broad host range plasmid. Genes for the degradation of amylose (from aspergillus awamorii) or xylose (from klebsiella) shall be placed under control of this strong promoter and expression will be tested in suitable escherichia coli strains. Afterwards, these recombinant plasmids shall be introduced into zymomonas mobilis cells and their expression and stability will be assayed. The long range aim is to study the recombinant strains for continuous ethanol production from agricultural waste substrates as starch and hemicellulose (xylose). Achievements: Zymomonas mobilis is a Gram negative anaerobe producing ethanol 5 to 6 times faster than yeast. It can use only glucose, fructose and sucrose as carbon sources. Therefore, applications of Z mobilis at the industrial level require extention of its spectrum of usable carbohydrates. Genetic improvement was approached through formal genetics and genetic engineering. Chemical mutagenesis, transposon mutagenesis, gene transfer by aided conjugation, construction of recombinant expression vectors and transfer into Z mobilis genes responsible for xylose metabolism were established and can now be applied to increase the substrate range of Z mobilis. Recombinant plasmids were constructed by subcloning fragments of native Z mobilis plasmids in known vectors. These were transferred into Z mobilis by aided conjugation and were stably inherited, especially after the loss of native plasmids. Subcloned Z mobilis plasmid sequences were used to construct new expression vectors, which could be transferred into Z mobilis and induce expression of the xylose catabolism genes xylA and xylB. However, the engineered strains could not ferment xylose. Transformation of Z mobilis by plasmid deoxyribonucleic acid (DNA) occurred at low frequencies only when sequences of incoming plasmid were integrated into the host's genome. Transposon mutagenesis was accomplished by conjugal transfer of transposon bearing plasmids from Pseudomonas, as well as Escherichia coli donors to Z mobilis. All Z mobilis strains tested were able to ferment extracts of various fruits, such as apples, oranges, peaches, watermelons, etc.

Pflanzenzüchtungsforschung - 'Nemares': Die Bedeutung von Wurzelläsionsnematoden im Pflanzenbau in Deutschland und Entwicklung von Strategien zur Züchtung resistenter Sorten, Teilprojekt C

Wurzelläsionsnematoden werden von der deutschen Landwirtschaft als starke Bedrohung eingestuft. Die Nematoden schädigen bevorzugt Gemüse und Kartoffeln, befallen aber zunehmend alle Getreidearten und werden durch eine enge Fruchtfolge begünstigt. Welche Arten im Boden vorkommen und wie mögliche Resistenzmechanismen etabliert werden können ist noch weitgehend unbekannt. In diesem Projekt sollen erstmals Resistenzen gegen Wurzelläsionsnematoden molekular identifiziert und züchterisch nutzbar gemacht werden. Das Projekt gründet auf umfangreichen Vorarbeiten an der Gerste sowie auf Sequenz und Genotypisierungsdaten früherer Gerste- und Weizengenomprojekte. Dort wurden bereits resistente Herkünfte identifiziert und QTL kartiert. Mit Hilfe von neuen quantitativen genetischen Verfahren soll das äußerst aufwändige Nachweisverfahren beschleunig werden. In dem Projekt arbeiten Experten aus den Züchtung, Nematologie sowie Pflanzenphysiologie, gegliedert in 4Forschungsbereiche (RA). Folgende Arbeiten werden durchgeführt: RA 1: Bestimmung von Verbreitung und Häufigkeit von Wurzelläsionsnematoden und Entwicklung eines PCR-basierten Nachweisverfahrens; RA 2: Selektion von Genotypen aus einem deutschen Winterweizen-Sortiment mit Resistenz gegen Wurzelläsionsnematoden; RA 3: Klonierung und funktionelle Analyse von Resistenzgenen aus dem Gerstengenom; RA 4: Vergleichende Analyse von QTL-Regionen der Gerste und des Weizens zur Kartierung von QTL im Weizengenom und zur Entwicklung molekularer Marker.

Pflanzenzüchtungsforschung - 'Nemares': Die Bedeutung von Wurzelläsionsnematoden im Pflanzenbau in Deutschland und Entwicklung von Strategien zur Züchtung resistenter Sorten, Teilprojekt A

Wurzelläsionsnematoden werden von der deutschen Landwirtschaft als starke Bedrohung eingestuft. Die Nematoden schädigen bevorzugt Gemüse und Kartoffeln, befallen aber zunehmend alle Getreidearten und werden durch eine enge Fruchtfolge begünstigt. Welche Arten im Boden vorkommen und wie mögliche Resistenzmechanismen etabliert werden können ist noch weitgehend unbekannt. In diesem Projekt sollen erstmals Resistenzen gegen Wurzelläsionsnematoden molekular identifiziert und züchterisch nutzbar gemacht werden. Das Projekt gründet auf umfangreichen Vorarbeiten an der Gerste sowie auf Sequenz und Genotypisierungsdaten früherer Gerste- und Weizengenomprojekte. Dort wurden bereits resistente Herkünfte identifiziert und QTL kartiert. Mit Hilfe von neuen quantitativen genetischen Verfahren soll das äußerst aufwändige Nachweisverfahren beschleunig werden. In dem Projekt arbeiten Experten aus den Züchtung, Nematologie sowie Pflanzenphysiologie, gegliedert in 4Forschungsbereiche (RA). Folgende Arbeiten werden durchgeführt: RA 1: Bestimmung von Verbreitung und Häufigkeit von Wurzelläsionsnematoden und Entwicklung eines PCR-basierten Nachweisverfahrens; RA 2: Selektion von Genotypen aus einem deutschen Winterweizen-Sortiment mit Resistenz gegen Wurzelläsionsnematoden; RA 3: Klonierung und funktionelle Analyse von Resistenzgenen aus dem Gerstengenom; RA 4: Vergleichende Analyse von QTL-Regionen der Gerste und des Weizens zur Kartierung von QTL im Weizengenom und zur Entwicklung molekularer Marker.

Pflanzenzüchtungsforschung - 'Nemares': Die Bedeutung von Wurzelläsionsnematoden im Pflanzenbau in Deutschland und Entwicklung von Strategien zur Züchtung resistenter Sorten, Teilprojekt D

Wurzelläsionsnematoden werden von der deutschen Landwirtschaft als starke Bedrohung eingestuft. Die Nematoden schädigen bevorzugt Gemüse und Kartoffeln, befallen aber zunehmend alle Getreidearten und werden durch eine enge Fruchtfolge begünstigt. Welche Arten im Boden vorkommen und wie mögliche Resistenzmechanismen etabliert werden können ist noch weitgehend unbekannt. In diesem Projekt sollen erstmals Resistenzen gegen Wurzelläsionsnematoden molekular identifiziert und züchterisch nutzbar gemacht werden. Das Projekt gründet auf umfangreichen Vorarbeiten an der Gerste sowie auf Sequenz und Genotypisierungsdaten früherer Gerste- und Weizengenomprojekte. Dort wurden bereits resistente Herkünfte identifiziert und QTL kartiert. Mit Hilfe von neuen quantitativen genetischen Verfahren soll das äußerst aufwändige Nachweisverfahren beschleunig werden. In dem Projekt arbeiten Experten aus den Züchtung, Nematologie sowie Pflanzenphysiologie, gegliedert in 4Forschungsbereiche (RA). Folgende Arbeiten werden durchgeführt: RA 1: Bestimmung von Verbreitung und Häufigkeit von Wurzelläsionsnematoden und Entwicklung eines PCR-basierten Nachweisverfahrens; RA 2: Selektion von Genotypen aus einem deutschen Winterweizen-Sortiment mit Resistenz gegen Wurzelläsionsnematoden; RA 3: Klonierung und funktionelle Analyse von Resistenzgenen aus dem Gerstengenom; RA 4: Vergleichende Analyse von QTL-Regionen der Gerste und des Weizens zur Kartierung von QTL im Weizengenom und zur Entwicklung molekularer Marker.

Pflanzenzüchtungsforschung - 'Nemares': Die Bedeutung von Wurzelläsionsnematoden im Pflanzenbau in Deutschland und Entwicklung von Strategien zur Züchtung resistenter Sorten, Teilprojekt B

Wurzelläsionsnematoden werden von der deutschen Landwirtschaft als starke Bedrohung eingestuft. Die Nematoden schädigen bevorzugt Gemüse und Kartoffeln, befallen aber zunehmend alle Getreidearten und werden durch eine enge Fruchtfolge begünstigt. Welche Arten im Boden vorkommen und wie mögliche Resistenzmechanismen etabliert werden können ist noch weitgehend unbekannt. In diesem Projekt sollen erstmals Resistenzen gegen Wurzelläsionsnematoden molekular identifiziert und züchterisch nutzbar gemacht werden. Das Projekt gründet auf umfangreichen Vorarbeiten an der Gerste sowie auf Sequenz und Genotypisierungsdaten früherer Gerste- und Weizengenomprojekte. Dort wurden bereits resistente Herkünfte identifiziert und QTL kartiert. Mit Hilfe von neuen quantitativen genetischen Verfahren soll das äußerst aufwändige Nachweisverfahren beschleunig werden. In dem Projekt arbeiten Experten aus den Züchtung, Nematologie sowie Pflanzenphysiologie, gegliedert in 4Forschungsbereiche (RA). Folgende Arbeiten werden durchgeführt: RA 1: Bestimmung von Verbreitung und Häufigkeit von Wurzelläsionsnematoden und Entwicklung eines PCR-basierten Nachweisverfahrens; RA 2: Selektion von Genotypen aus einem deutschen Winterweizen-Sortiment mit Resistenz gegen Wurzelläsionsnematoden; RA 3: Klonierung und funktionelle Analyse von Resistenzgenen aus dem Gerstengenom; RA 4: Vergleichende Analyse von QTL-Regionen der Gerste und des Weizens zur Kartierung von QTL im Weizengenom und zur Entwicklung molekularer Marker.

Bioökonomie International 2015 - COUGH: Verbesserte, nachhaltige und umweltfreundliche Wasserstoffgasproduktion durch aerobe, thermophile, CO-oxidierende und hydrogenogene Geobacillus thermoglucosidans, Teilprojekt KIT

e:Bio - Modul III - Nachwuchsgruppe: ChlamyInt - Systembiologie der Grünalge Chlamydomonas rheinhardtii zur Ertragssteigerung Bio-basierter Kraftstoffe

Die einzellige Grünalge Chlamydomonas reinhardtii kann durch Photosynthese gewonnene Energie zur Produktion von Wasserstoff (H2) und Biomasse verwenden. Der Nutzen erster quantitativer Computermodelle des Chlamydomonas Stoffwechsels ist aufgrund fehlender Information über Algenproteinfunktionen stark eingeschränkt. Protein Interaktionen spielen eine wichtige Rolle in der Strukturierung von metabolischen Prozessen. In diesem Projekt wird eine systematische, hochwertige Protein-Protein Interaktionskarte für Chlamydomonas experimentell generiert um mit Hilfe dieser biochemischen Daten existierende mathematischer Modelle des Algenstoffwechsels zu optimieren. Das Ziel ist es, mittels der so erweiterten Computermodelle Ansatzpunkte genetische Manipulationen zu finden die zu einer erhöhten Ausbeute von biotechnologisch interessanten Metaboliten führen. Zunächst wird eine ORFeome Sammlung für Chlamydomonas Enzyme, sowie strukturelle und Signaltransduktionsproteine mittels PCR, Next-Gen Sequenzierung und Hochdurchsatz Gateway Klonierung generiert. Die produzierten kodierenden Sequenzen werden in eine Roboter-gestützte qualitativ hochwertige Yeast-2-hybrid basierte Hochdurchsatzinteraktionsplattform eingespeist. Aus der Interaktionskarte werden u.a. mittels graphtheoretischer Methoden Hypothesen über neue Reaktionspfade entwickelt, die anschließend zur Verbesserung der Computermodelle und die gezielte Manipulation des Algenstoffwechsels genutzt werden.

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