Hypothesen: Eine Vielelternpopulationen bietet eine hervorragende Ausgangspopulation für die genetische Analyse von epistatischen Interaktionen und die Identifikation derer Richtung; positive Interaktion, durch Komplementierung oder Unterstützung der Geninteraktion oder negativer Interaktion, durch Unterdrückung des genetischen Potentials durch die Interaktion; Gene, die epistatischen Effekten unterliegen, werden Organ- und Zeitspezifisch reguliert; Die erhobenen Ergebnisse können auf komplexere Genome überführt werden. Das Hauptziel dieses Projektes ist die funktionelle Charakterisierung von epistatischen Effekten für das Merkmal Blühzeitpunkt auf der genetischen und molekularen Ebene. Eine Vielelternpopulation bietet eine neue und innovative Mappingpopulation, um neue Geninteraktionen, die an dem Wechsel von der vegetativen in die generative Phase beteiligt sind zu identifizieren. Die Validierung der gewonnenen Ergebnisse in Weizen ermöglicht es, Aussagen über das Merkmal Blühzeitpunkt in komplexen Genomen und über die Übertragbarkeit gewonnener Daten innerhalb der Poaceae-Familie zu machen. Die gewonnenen Ergebnisse eröffnen ein detailliertes Verständnis über einen der wichtigsten Signalwege innerhalb der Pflanze, der zum Übergang von der vegetativen zur generativen Phase führt. Dieses ermöglicht wiederum dem Züchter die Anwendung von forschungsangewandtes Werkzeugen in Züchtungsprogrammen. Weitere Ziele: Präzisere Identifikation von Genregionen mit epistatischen Effekten für den Blühzeitpunkt in einer Vielelternpopulation mit einer mixed model Analyse durch eine verbesserte Haplotypenbildung aufgrund von höherer Markerdichte (50k SNP chip) Berechnung und Validierung der selektierten Genregionen in einem Winter- und einem Sommergerstenassoziationspanel Identifizierung von Kandidatengenen und allelischer Diversität in Genregionen mit epistatischen Effekten Expressionsanalyse von Genregionen mit signifikanten Interaktionen zur Analyse der Blühinduktion auf molekularem Level Validierung der Genregionen sowie Kandidatengene für epistatische Interaktionen in einer Vielelternpopulation in Weizen
Zuckerrüben sind zweijährige Pflanzen, die nach einer längeren Phase niedriger Temperaturen mit dem Schossen beginnen. Damit sind sie für eine Aussaat vor dem Winter ungeeignet. Schossresistente Winterrüben haben theoretisch ein deutlich höheres Ertragspotenzial und könnten so zu einer interessanten Alternative für die Rübenproduktion werden. Neulich wurden von uns zwei wesentliche Schossregulatoren identifiziert (BTC1 und BvBBX19). Vermutlich regulieren beide gemeinsam die Expression der stromabwärts gelegenen Blühgene BvFT1 und BvFT2. In diesem Projekt werden diese Schossregulatoren in Zusammenarbeit mit Projektpartnern im SPP1530 sowohl in Zuckerrübe als auch in transgenen Arabidopsis-Pflanzen funktionell analysiert. Während BTC1-überexprimierende Zuckerrüben mit einer Transgen-Kopie nach Winter schossen, ist in transgenen Pflanzen mit größer als 1 Kopie die BTC1-Expression nahezu vollständig herunterreguliert, so dass diese auch nach Winter nicht schossen. Als Grund vermuten wir Cosuppression des nativen Gens durch die neu hinzugefügten Kopien. Diese Ergebnisse stellen eine gute Grundlage für die Züchtung von Winterzuckerrüben dar. Innerhalb dieses Projektes werden Hybriden erzeugt, die über zwei BTC1- Transgene verfügen und in denen durch Cosuppression die Expression aller BTC1-Kopien stark herunter reguliert wird. Im Folgenden werden diese Hybriden in der Klimakammer, im halboffenen Gazehaus sowie unter Feldbedingungen über Winter angebaut. Parallel dazu werden in einem zweiten Experiment doppelt rezessive btc1 und Bvbbx19 Zuckerrüben mit einer deutlich ausgeprägten Schossverzögerung nach Winter erzeugt. Da diese Pflanzen nicht transgen sind, können sie ohne weiteres von Züchtern genutzt werden. Darüber hinaus ziehen wir Zuckerrüben unter standardisierten Bedingungen in einer Klimakammer an, um aus den Sproßmeristemen RNA zu isolieren. Diese Arbeiten sind Grundlage für ein Phylotranskriptom-Experiment, welches von dem Partner Prof. I. Grosse im Rahmen des SPP 1530 koordiniert wird.
Es ist nach wie vor umstritten, inwieweit primäre Triticale generell und speziell ihre Eigenleistung bei der Kreuzung mit sekundären Triticale von Bedeutung ist. Aus primären Triticale unterschiedlicher Eigenleistung wurden faktorielle Kreuzungen mit Sorten erstellt. Diese werden über viele Generationen einmal als in Isolierung angebaute und unselektierte Ramsche weitergeführt. Zum anderen werden aus verschiedenen Generationen durch Selbstung Linien entwickelt. Ein Vergleich der beiden Methoden in mehreren Generationen kann Aufschluss über die Stabilisierung von solchen Kreuzungen, über die Kombinationsfähigkeit primärer Triticale und über die Leistung und genetische Variation in den Nachkommen geben.
Aus Weizen (T. aestivum, T. durum) und Roggen synthetisierte primäre Triticale können zur Erweiterung der genetischen Basis eines Zuchtprogrammes mit sekundären Triticale genutzt werden. Jede Kreuzung zwischen Triticale kann zu cytologischen Störungen in den Nachkommen und somit zu stark verminderter Leistung führen. Solche Störungen sind besonders gravierend in Kreuzungen zwischen primären und sekundären Triticale sowie zwischen Eltern unterschiedlicher Ploidiestufen. Ziel der Untersuchung ist es der Frage nachzugehen, mit welcher Zuchtstrategie primäre Triticale für die Erweiterung der genetischen Basis genutzt werden können. Dazu werden die Zuchtstrategien Linienentwicklung nach der Einkornramschmethode (=Single Seed Descent) und der Einsatz von Doppelhaploiden (DH) miteinander verglichen. Aus reziproken Kreuzungen sekundärer Triticale untereinander sowie mit oktoploiden und hexaploiden primären Triticale wurden zum einen DH-Linien erstellt, zum anderen erfolgte die Weiterführung der spaltenden Generationen nach der SSD-Methode über fortgesetzte Selbstung. In mehrortigen Leistungsprüfungen sollen DHs und SSDs bezüglich ihrer Leistung verglichen werden.
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.
One of the reproductive barriers that can isolate species is embryo lethality which is due to disfunctional interaction between parental genomes. Embryo lethality obtained in crosses of hexaploid wheat with diploid rye is the result of complement interaction between the two genes/alleles Eml-A1 and Eml-R1b from wheat and rye, respectively. In addition, the 1D wheat chromosome carries unknown genetic factor(s) which have strong effect on the viability of wheat-rye hybrid seeds. The goals of the project are: (I) physical mapping and studying dosage effect of Eml-A1 gene (II) development of a method for overcoming embryo lethality in wheat-rye hybrids and (III) physical mapping and cytological study of chromosome 1D wheat gene(s) essential for seed development in wheat rye hybrids. The development of a method of regeneration in callus culture from abnormal immature embryos with lethal genotype by indirect organogenesis will enable us to study the interaction and expression of incompatible wheat Eml-A1 and rye Eml-R1b alleles causing embryo lethality. New information about genes, involved in apical meristem development in early stages of embryogenesis of wheat-rye hybrids (and of other plants) will be gained.
Dinkel zeichnet sich ursprünglich durch einen langen Halm aus, was häufig zu hoher Lageranfälligkeit führte. Der Dinkelanbau wird im Wesentlichen im ökologischen Landbau betrieben, wo der Einsatz von Wachstumsreglern untersagt ist. So ist in der Dinkelzüchtung die Verbesserung der Standfestigkeit das vorrangige Zuchtziel. Die Standfestigkeit lässt sich einerseits durch Einlagerung von rht-(Zwerg-)Genen aus dem Weichweizenbereich verbessern. Die entstehenden kurzstrohigen und stabilen Linien sind jedoch durch höhere Krankheitsanfälligkeit sowie unerwünschte morphologische und qualitative Weizencharakteristica gekennzeichnet. Bei der Evaluierung umfangreicher Genbanksortimente andrerseits wurden standfeste dinkeltypische Genotypen mit längerem Stroh gefunden diese entsprachen jedoch nicht den Ertragserwartungen. Die bisher in umfangreichen Rückkreuzungsprogrammen entwickelten Zuchtstämme kommen dem Zuchtziel eines längeren und standfesten Halms mit typischem Dinkelcharakter näher, jedoch sind Krankheitsresistenz und Ertragspotential noch zu verbessern. Aus dem Programm wurden in Deutschland die Sorten CERALIO und SCHWABENSPELZ zugelassen.
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.
Aufgrund der EU-Richtlinie 2003/89/EG müssen allergene Zutaten in Lebensmitteln unabhängig von der enthaltenen Menge gekennzeichnet werden. Um zufällige Beimischungen allergener Zutaten (cross contact) von deren absichtlich erfolgter Zugabe abgrenzen zu können, wird weltweit an der Einführung von Schwellenwerten gearbeitet. Seit 2002 gilt in der Schweiz bereits ein derartiger Grenzwert. Die Kontrolle der Kennzeichnungspflicht ist Aufgabe der Lebensmittelüberwachung. Diese benötigt hierfür jedoch Nachweissysteme zur Ermittlung des Gehalts an allergenen Zutaten in Lebensmitteln. Im Rahmen des Vorgängerprojekts wird die methodische Basis der Quantifizierung erarbeitet und es werden quantitative molekularbiologische Nachweissysteme auf Basis der Real-time PCR zur Bestimmung des Gehalts an Sellerie und Lupinen in Lebensmitteln etabliert. Ziel des Folgeprojektes ist die Entwicklung quantitativer Nachweisverfahren für weitere allergene Zutaten, um die Grundlage für die Überwachung zukünftiger Schwellenwerte zu schaffen.
Die evolutionäre Reduktion der Mikrosporangienzahl von vier auf zwei in den Antheren von drei Arten der Gattung Microseris läßt sich bei Artkreuzungen genetisch analysieren. In einer Kreuzung haben wir ein Hauptgen und vier modifizierende Gene als Quantitative Trait Loci kartiert. Um die Evolution des Systems weiter verfolgen zu können, müssen die Gene selbst oder sehr eng gekoppelt molekulare Marker gefunden werden. In einer entsprechenden rekombinanten Inzuchtlinie soll das Hauptgen feinkartiert werden und ein Restriktionsfragment mit dem Hauptgen soll kloniert werden.
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