Vernalisationsbedarf, Tageslänge und Temperatur sind Schlüsselfaktoren, die den Blühzeitpunkt von Raps (Brassica napus L.) beeinflussen. Für Winterraps sind erhebliche Unterschiede im Vernalisationsbedarf bekannt und ein positiver Zusammenhang zwischen dem Vernalisationsbedarf und der Frosttoleranz bzw. Winterhärte wird angenommen. Unter typischen West-Europäischen Wachstumsbedingungen ist der Vernalisationsbedarf von Winterraps bereits Ende Dezember erfüllt, so dass Pflanzen, die vom Feld ins Gewächshaus gebracht werden, dort unter Langtagbedingungen und bei warmen Temperaturen innerhalb kurzer Zeit zur Blüte kommen. Unter Feldbedingungen blüht der Raps dagegen erst etwa vier Monate später. Dies zeigt, dass auch Faktoren wie Tageslänge und Temperatur den Blühzeitpunkt bestimmen. Hauptziel dieses Projekts ist die Aufklärung der Zusammenhänge zwischen Vernalisationsbedarf und Frosttoleranz bzw. Winterhärte und Blühzeitpunkt beim Raps in Abhängigkeit von Tageslänge und Temperatur. Dafür soll eine intensive phänotypische Charakterisierung einer doppelthaploiden Population aus einer Kreuzung zwischen dem Sommerraps Topas (DH4079) und der Winterrapssorte Express in verschiedenen Umwelten durchgeführt werden. Die Population soll im Hinblick auf (a) ihren Vernalisationsbedarf und Blühzeitpunkt unter Gewächshausbedingungen, (b) ihre Frosttoleranz nach Inkubation in einer Frostkammer, (c) den Einfluss von Tageslänge und/oder Temperatur auf den Blühzeitpunkt vollständig vernalisierter Pflanzen und (d) auf die Vererbung von Winterhärte und Blühzeitpunkt in Feldversuchen nach Aussaat im August sowie auf die Neigung zur Infloreszenzbildung und zur Blüte nach Aussaat im Frühjahr untersucht werden. Eine zu Projektbeginn bereits vorhandene molekulare Karte auf Basis des Illumina Infinium Brassica 60K SNP Chip soll für die Kartierung von QTL unter Verwendung der in den verschiedenen Umwelten ermittelten Merkmalswerten verwendet werden. Die QTL-Kartierung wird zeigen, inwiefern QTL für Frosttoleranz, Winterhärte und Blühbeginn in den verschiedenen Umwelten an den gleichen oder an unterschiedlichen Positionen im Rapsgenom liegen. Mit Hilfe einer globalen Transkriptanalyse (MACE =Massive Analysis of cDNA Ends) von kontrastierenden Bulks sollen Gene identifiziert werden, die in früh- und spätblühenden bzw. in frostsensitiven und frosttoleranten Genotypen unterschiedlich exprimiert werden. Über die somit ebenfalls gewonnenen 100 bp cDNA-Sequenzen und die Illumina SNP-Markersequenzen soll deren physikalische Position im Brassica-Genom bestimmt und damit Kandidatengene für die erfassten Merkmale identifiziert und ihre Positionen mit denen der kartierten QTL verglichen werden. Darüber hinaus werden SNP-Marker für weitere, den Blühzeitpunkt beeinflussende Gene, die von Brassica Projektpartnern entwickelt werden, kartiert und ihre Positionen mit den in diesem Projekt ermittelten QTL Positionen verglichen werden.
Die Blätter der immergrünen Steineiche (Quercus ilex L.) produzieren und emittieren temperatur- und lichtabhängig Monoterpene. Der physiologische Vorteil der Monoterpenemission für die Steineiche und andere Baumarten wie z.B. die Birke (Betula pendula Roth) mit gleichen Emissionseigenschaften ist unklar. Es gibt aber Hinweise, dass Monoterpene, in ähnlicher Weise wie Isopren, zu einer Erhöhung der Wärmetoleranz führen können. Über die genaue Funktion dieser Monoterpenemission für die Pflanze wie auch über die ihr zugrundeliegende Regulation auf Gen- und Proteinebene ist gegenwärtig noch nichts bekannt. Im Rahmen von Vorarbeiten mit der Steineiche konnten die kinetischen Eigenschaften von Monoterpensynthasen charakterisiert und ihre Bedeutung für die Monoterpenemission gezeigt werden. Weiterhin konnte aus cDNA der Steineiche ein Gen einer funktionell in E. coli exprimierbaren Myrcensynthase isoliert werden. Ziel des Projekts ist die Funktionsanalyse der licht- und temperaturabhängigen Monoterpenemission von Bäumen und deren Regulation. Hierzu werden aufbauend auf Arbeiten mit der Steineiche Birken mit aus der Steineiche stammenden Monoterpensynthasen (z.B. Myrcensynthase) transformiert und die transgenen Linien für die Untersuchungen zur Funktion der Monoterpenbiosynthese und -emission, insbesondere in Abhängigkeit der Umweltfaktoren Temperatur und Licht genutzt.
Weltweit nehmen Infektionen mit Antibiotika-resistenten Bakterien in dramatischem Ausmaß zu. Kommunale Kläranlagen, in die Abwässer aus medizinischen Einrichtungen gelangen, und Binnengewässer, in die tierischer Dünger fließt, sind potentielle Hotspots für die Ausbreitung von AB-Resistenzen. In ANTIRES sollen Vorkommen und Expression von AB-Resistenzgenen und AB-resistenten Mikroorganismen in Ab- und Gewässern mithilfe biogeochemischer und mikrobiologischer Analysen sowie modernster komplementärer Metaomics-Techniken untersucht werden. Die in ANTIRES erhobenen Daten und diagnostischen Werkzeuge tragen zu einem besseren Verständnis der Verbreitungswege und jahreszeitlichen Dynamik von AB-Resistenzen in Gewässern bei und sind damit essentiell für die Entwicklung von Strategien zur Eindämmung dieses Prozesses. Zur detailgetreuen Aufklärung der Ausbreitung von AB-Resistenzen in Gewässern sollen (a) die städt. Kläranlage in Göttingen, (b) Abwässer der Universitätsklinik Greifswald und (c) mit Gülle belastete bzw. unbelastete Sölle (Kleinstgewässer) in BB und MV beprobt werden. In TV2 UGOE werden die vierteljährlich in Triplikaten entnommenen Proben auf das AB-Resistenzpotential und das pathogene Potential untersucht. Es werden kultivierungsunabhängige DNA-basierte (metagenomische) und RNA-basierte (metatranskriptomische) Verfahren eingesetzt. Hierfür wird aus den entnommenen Proben die DNA und RNA (cDNA) isoliert. Im Rahmen der DNA-basierten Arbeiten wird das in den untersuchten Abwässern vorhandene AB-Resistenzpotential im jahreszeitlichen Verlauf und in Abhängigkeit von Umweltfaktoren (Temperatur, pH, etc.) bestimmt. Durch die Amplikon-basierte Analyse von taxonomischen Markergenen wird begleitend die Diversität und Abundanz von in den Proben vorhandenen, potentiell pathogenen Mikroorganismen bestimmt. Durch diese Untersuchungen werden relevante Kandidatengene und Mikroorganismen für die Entwicklung des Chip-basierten Nachweissystems identifiziert.
Aus dem Stand der Praxis der Biogasproduktion aus ZR und den aktuellen Herausforderungen an Biogasanlagen im Bestand wurden für das vorliegende Forschungsvorhaben im Teilvorhaben Prozessmikro- und -Molekularbiologie die folgenden Fragestellungen abgeleitet: - Eignen sich ZR für die Modulation der Biogasproduktion? In welchen Anteilen müssen sie zu diesem Zweck eingesetzt werden? - Welche verfahrenstechnischen und gärbiologischen Limitationen und Risiken treten beim Einsatz von ZR in Biogasanlagen auf? Gibt es hierfür kritische Schwellen? - Sind herkömmliche Prozessindikatoren und Richtwerte für die Gärbiologie, wie sie in Biogasanlagen mit überwiegendem energetischem Anteil von Stärke betonten Rohstoffen Anwendung finden, auch auf die ZR-Vergärung anwendbar? - Können gegebenenfalls neue, besser geeignete Prozessindikatoren definiert werden? Um hinsichtlich der einzusetzenden molekularbiologischen Analytik Erfahrungen und Referenzwerte für die Prozessdiagnose beim Betrieb mit Zuckerrüben zu gewinnen, werden in dem assoziierten Forschungsvorhaben 'Biogasrüben Prozessoptimierung' Proben aus dem stabilem und gestörtem Betrieb von Laborfermentern mit ZR insbesondere auf folgende Parameter untersucht: - i. die Zusammensetzung der mikrobiellen Biozönose zur Definition von Bioindikator-Organismen für den Prozesszustand (Nukleinsäuresequenz-Analysen und bioinformatische Zuordnung zu Species), - ii. der Verlauf des Metabolischen Quotienten (MQ - MUNK et al., 2012) zur Absicherung der bisherigen Definition und in der Folge zur Erkennung eines grenzwertig gestressten Zustands der methanogenen Archaeen und - iii. der Verlauf der Aktivität (cDNA/DNA-Verhältnisse) erkannter Bioindikator-Organismen. Ziel des Forschungsvorhabens 'Biogasrüben Monitoring' ist die Dokumentation und Auswertung technischer Lösungen und Betriebserfahrungen in Biogasanlagen beim Einsatz größerer Anteile an ZR. Hieraus sollen Bewertungsmaßstäbe und Handlungsempfehlungen für die Verfahrenskette der Einlagerung und Vergärung von ZR abgeleitet und in der Praxis verbreitet werden. Auch eine Bewertung der Umweltwirkungen der Biogaskette mit ZR-Einsatz soll erfolgen. Das Forschungsvorhaben sichert die Kontinuität im Biogasmonitoring der LfL (seit 2006), liefert Maßstäbe für die Bewertung von Biogasketten mit Einsatz von ZR und erweitert den Kenntnisstand zu aktuellen Entwicklungen in der landwirtschaftlichen Biogasproduktion. (Text gekürzt)
Ende 2014 ist das Vorhaben 'Mikrobiologische Prozessoptimierung in der Biogastechnologie - Diagnostik der mikrobiellen Populationen und Identifizierung von Schlüsselorganismen in Biogas-Fermentern' (K/08/06) abgeschlossen. In der Laufzeit wurden wesentliche Erkenntnisse zum Biogasprozess mit nachwachsenden Rohstoffen und den umsetzenden Mikroorganismen sowie ihren Ansprüchen (z.B. Spurenelementbedarf) gewonnen, veröffentlicht und in die Beratung integriert. Weiterhin wurden molekularbiologische analytische Systeme zur Bestimmung der Gegenwart und der Aktivität (cDNA/DNA-Verhältnis) relevanter physiologischer Gruppen (Gilden) entwickelt, Bioindikatoren für bestimmte Prozesszustände identifiziert sowie ein Frühwarnsystem vor Prozessstörungen (Metabolischer Quotient, MQ) etabliert, das früher und verlässlicher reagiert als der übliche Parameter FOS/TAC. Diese Systeme finden bereits Eingang in die Praxis. Eine Evaluierung z.B. für den in Bayern wichtigen Betrieb mit Grassilage und Gülle sowie für die thermophile Vergärung steht aber noch aus. Während die methanogenen Archaeen (MA), die den letzten Prozessschritt (Methanbildung) durchführen, nun relativ gut untersucht erscheinen, besteht insbesondere für die stromaufwärts aktiven Sekundärfermentierer, noch erheblicher Forschungsbedarf. Nur diese syntrophen Bakterien (SB) können in Kooperation mit den MA den thermodynamisch sonst nicht möglichen Abbau von Fettsäuren und Alkoholen durchführen, die beim Umsatz der organischen Substanz durch die Primärfermentierer (Hydrolyse/Acidogenese) anfallen. Den Ergebnissen von Vorhaben K/08/06 zufolge sind zwar meist die MA, häufig aber auch die SB der Flaschenhals des Gesamtprozesses, Um diese störungsanfälligen syntrophen Prozessschritte untersuchen zu können wurden bereits Schlüsselenzymgene identifiziert (fhs, hydA, cooS) und die bioinformatischen Grundlagen geschaffen, mit denen bzw. auf deren Basis die Gegenwart und Aktivität der SB mit den im Vorhaben K/08/06 entwickelten Methoden analysiert werden soll. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Prozessstufen-spezifischen molekularbiologischen Diagnose- und Frühwarnsystems, mit dem Mangelzustände und Störungen ähnlich wie in der medizinischen Diagnose frühzeitig erkannt und der betroffene Teilprozess exakt identifiziert werden kann. Dies erlaubt es, Prozessstörungen mit u.U. gravierenden ökonomisch/ökologischen Konsequenzen frühzeitig vorzubeugen bzw. gezielt zu bekämpfen und damit den Biogasprozess zu optimieren. (Text gekürzt)
Pflanzliche P450-Enzyme besitzen sowohl Aufgaben im Primär- und Sekundärstoffwechsel der Pflanzen als auch in der Metabolisierung von Xenobiotika einschließlich Herbiziden. Da z.B. Mais eine natürliche Resistenz gegenüber dem Triazin-Herbizid Atrazin aufweist, konnten suszeptible Wildpflanzen, die bei Feldanbau neben den Kulturpflanzen aufkommen, durch Anwendung des Herbizids ohne Schädigung der Kulturpflanzen selektiv bekämpft werden (Herbizidselektivität). Kulturpflanzen wie z.B. Tabak und Kartoffel, die keine oder nur eine unzureichende natürliche Resistenz gegenüber einem bestimmten Herbizid besitzen, können durch Agrobacterium tumefaciens-vermittelte Transformation mit einem Säuger-P450-Isoenzym (z.B. CYP1A1 oder CYP1A2) Herbizid-resistent werden. Seit einigen Jahren gibt es in dieser Richtung Bestrebungen, P450-transgene Pflanzen herzustellen. Aufgrund der überlappenden, breiten Substratspezifität des jeweils eingebrachten Säuger-P450-Isoenzyms (Ratte, Mensch) wird in den transgenen Pflanzen meist eine multiple Resistenz gegen verschiedene Herbizide mit unterschiedlichen Strukturen und Wirkmechanismen beobachtet. Vor der Vermarktung von transgenen Pflanzen müssen diese in Feldversuchen getestet werden. Dabei wird die Verträglichkeit des Genproduktes, die Eigenschaften der modifizierten Pflanze, die Expressionsstabilität des eingebrachten Fremd-Gens und mögliche ökologische Auswirkungen untersucht. Zusätzlich sollte neben der Substratspezifität des fremden P450-Isoenzyms gegenüber Xenobiotika getestet werden, ob pflanzliche Sekundärmetaboliten als Substrate in Frage kommen. Außerdem sind mögliche Einflüsse auf den normalen Stoffwechsel der Pflanzen von Interesse, die sich auf den Phänotyp der Pflanzen auswirken können. Z.B. wurde bei Cyp2c14-transformierten Tabak-Pflanzen (aus Kaninchen) eine verstärkte Seneszenz beschrieben, die sich in einem verringertem Chlorophyll-Gehalt, einem erhöhten Gehalt an Abbauprodukten der Lipid-Peroxidation und einem Abbauprodukt des Nornicotins und in einer Abnahme des Nicotin-Gehaltes äußerte. Außerdem wuchsen die Pflanzen langsamer und brauchten mehr Zeit zur Bewurzelung. Dies sind Anzeichen dafür, dass das Einbringen eines Fremd-P450-Gens in Tabak über die oxidative Veränderung der Membranlipide oder -sterole und damit über die Veränderung der Membranstruktur, durch einen hormonellen Eingriff durch Umsetzung eines Brassinosteroids oder die Unterdrückung endogener P450-Gene möglicherweise schwerwiegende metabolische Auswirkungen zur Folge haben kann. Vor diesem Hintergrund wurde untersucht, ob die Agrobakterien-vermittelte Transformation von Tabak mit der cDNA des humanen CYP1A2 Auswirkungen auf den endogenen Nicotin-Gehalt der Pflanzen zur Folge haben. CYP1A2 gehört dabei neben anderen Isoenzymen im Gegensatz zu den Hauptenzymen CYP2A6, CYP2B6 und CYP2D6 zu den Isoenzymen, die Nicotin nur bei hoher Substratkonzentration umsetzen. Nicotin besitzt dabei als natürliches Insektizid eine wichtige ökol u.s.w.
Am Beispiel von Milbeninfektionen bei Mensch und Tier sei der Bedarf fuer entsprechende Forschungen kurz skizziert. Infektionen mit Sarcoptes spp. bei Tieren sowie mit Sarcoptes scabiei beim Menschen fuehren haeufig zu subklinisch chronischem Befall oder zu einem klinisch manifesten, chronischen Krankheitsgeschehen mit monatelanger bis jahrelanger Persistenz. Die Ursachen fuer Manifestation und Persistenz des diesem Befund zugrunde liegenden Wirt Parasit Gleichgewichts sind bislang unklar. Zur Aufdeckung des Phaenomens bedarf es der Untersuchung von Wirkungen definierter Milbenantigene auf einzelne Komponenten des Immunsystems des Wirtes und umgekehrt. Der bisher einzige Weg zur Gewinnung von Milbenantigenen fuehrte ueber die experimentelle Infektion (eine Methode zur in-vitro Zuechtung existiert bisher nicht), was hinsichtlich des Milbenertrages hoechst unberechenbar und aus Gruenden des Tierschutzes bedenklich ist. Rekombinante Sarcoptes Antigene eroeffnen die Moeglichkeit von systematischen und reproduzierbaren Untersuchungen der Interaktionen von Parasitenantigenen und Immunsystem des Wirtes auf zellulaerer und molekularer Ebene. Da das weitere Grundlagenwissen noch sehr lueckenhaft ist soll an diesem Modellbeispiel die Vorgehensweise auch in anderen klinisch interessanten Faellen demonstriert werden. So ist es notwendig, zunaechst eine Sarcoptes suis cDNA Expressions Genbank anzulegen, ehe in spaeteren Experimenten eine Charakterisierung exprimierter Proteine hinsichtlich ihrer antigenen Reaktivitaet moeglich ist. Langfristig soll es mit Hilfe dieser Arbeiten ermoeglicht werden, fuer die Untersuchung der Wirt Parasit Interaktionen auf zellulaerer und molekularer Ebene ausreichende Mengen definierter Parasitenantigene zur Verfuegung zu stellen. Mit der Herstellung rekombinanter Milbenantigene bietet sich eine Alternative zum Tierversuch, die darueber hinaus wesentliche Vorteile fuer Folgeuntersuchungen bietet: Einerseits werden gleichzeitig die Grundlagen geschaffen, antigene Molekuele hinsichtlich Wirkung und genetischer Struktur zu charakterisieren. Andererseits bieten rekombinante Antigene die Gewaehr einer staendigen Verfuegbarkeit in definierter Qualitaet und beliebiger Quantitaet und sind somit zukuenftig fuer die Loesung weiterer bislang ungeloester Fragestellungen der Sarcoptose verfuegbar (Speziesspezifitaet von Sarcoptes Milben, spaeter Immundiagnose, Immunisierung gegen Sarcoptose u.a.). Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeiten sollen in den spaeteren Projektphasen die Untersuchungen auf weitere parasitisch-induzierte Erkrankungen bei Mensch und Tier ausgedehnt werden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 55 |
| Europa | 1 |
| Land | 3 |
| Wissenschaft | 26 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 55 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 55 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 47 |
| Englisch | 19 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 37 |
| Webseite | 18 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 31 |
| Lebewesen und Lebensräume | 55 |
| Luft | 24 |
| Mensch und Umwelt | 55 |
| Wasser | 23 |
| Weitere | 55 |